abaqus模擬桁架結構的案例
《基于 ABAQUS 的大跨距桁架不同截面模態分析和結構優化》
[ 摘要 ] 針對某企業多臺聯動 CNC 車床大跨距桁架機械手機身剛度及整機穩定性問題，基于 ABAQUS 模態 分析理論，對大跨距桁架機械手橫梁不同橫截面進行分析，比較并判別最優橫截面材料力學性能。通過對 桁架機械手橫梁不同橫截面的有限元分析，得出其自振頻率以及前 6 階振型圖。根據企業要求，優化橫梁 結構，使其在滿足高精度高剛度的要求下，機構重量減輕，滿足企業生產需求，提高經濟效益。
[ 關鍵詞 ] ABAQUS；結構優化；模態分析；振動；桁架機械手
0 引言
桁架機械手是一種建立在直角 X，Y，Z 三 坐標系統基礎上 [1]，可以調整零件位置，或者實 現零件的軌跡運動等功能的全自動工業設備 [2]。大部分桁架機械手由直線運動模塊組成 [3-4]。本 文針對江西贛州某自動化加工鐘表企業，實現自 動抓取加工表殼功能，設計出一款適用于多臺 CNC 車床的大跨距桁架機械手。該系統能實現三 臺 CNC 車床并行工作，提高工件加工生產效率， 但由于其桁架機械手縱梁跨度較大，故需要對其 進行桁架結構模態分析，并需要進一步優化結構。
本文大跨距桁架機械手主要由 X 軸橫梁組件、Y軸縱梁組件和支撐立柱等核心部件組成[5-6]。企業要求大跨距橫梁采用矩形橫截面，故對其橫 梁截面進行優化，使其在滿足高精度高剛度的要 求下，機構重量減輕，滿足企業生產需求，提高 經濟效益。
裝有機械臂的組件需要在 X 軸橫梁上行走， 在此過程中，會對 X 軸橫梁產生一定載荷，在此載荷下，機身容易發生變形，需要對對 X 軸橫梁 進行模態分析，優化結構，避免發生共振 [7-8]。
1 桁架機械手結構
如圖 1 所示，X，Y，Z 三個方向的運動組件 為桁架機械手的核心組件，定義規則遵循笛卡爾 坐標系 [9-10]。
展開 BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 abaqus模擬圓孔結構中應力集中分析 ￥19.89
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</figure><p class="ql-align-center">圖4-4 邊界條件的設置</p><h2>3.網格劃分</h2><p class="ql-align-justify">有限元方法的基本思想是將結構離散化，即對連續體進行離散化，利用簡化幾何單元來近似逼近連續體，然后根據變形協調條件綜合求解。所以有限元網格的劃分一方面要考慮對各物體幾何形狀的準確描述，另一方面也要考慮變形梯度的準確描述。為正確、合理地建立有限元模型，這里介紹劃分網格時應考慮的一些基本原則。</p><p class="ql-align-justify">此模型的重點在要對模型進行分割，保證網格數量，網格密度，單元階次，單元形狀等吻合網格劃分的規則 。
展開 abaqus模擬磚泥結構-三點彎受力 ￥19.89
所以研究其不同結構形式對動態斷裂行為的影響是非常有必要和有意義的。本章受紅鮑魚殼體的“漿砌層合”微結構啟發，如圖3-1通過建模軟件ABAQUS設計了不同結構的漿砌層狀仿生復合材料，使用非線性有限元程序ABAQUS模擬了試樣在三點彎曲沖擊載荷下的動態斷裂行為，本文主要探討了硬質材料長寬比、云母層數量對材料斷裂性能的影響。
圖4-1紅鮑魚殼體的“漿砌層狀”微結構
1.2不同云母層數裂紋斷裂行為
本章研究了不同云母層數對斷裂行為的影響，對四個不同層數進行了數值模擬，不同層數的示意圖如圖4-2所示.分別控制云母片的層數為3，5，10，20。依次編號(a),(b),(c),(d)。邊界條件為保持試樣左右端固定，在試樣上方施加豎向均布荷載為100N，其余條件保持原有模型不發生改變，裂紋深度為5mm。
(a)云母片的數量為3層 (b)云母片的數量為5層
(c)云母片的數量為10層 (d)云母片的數量為20層
圖4-2不同云母片層數位置示意圖
1.2.1不同云母層數對應力極值的影響
(a)云母片的數量為3層 (b)云母片的數量為5層
(c)云母片的數量為10層 (d)云母片的數量為20層
圖4-3 不同云母層數的應力圖
圖4-3為3層，5層，10層，20層的Mises應力圖，從圖中可以看出，當模型頂端施加100N的均布壓力時，不同層數模型的應力分布是相似的，即為兩端大中間小。當分析每一層應力云圖時發現上下兩側的應力較大，中性層的應力較小。并且可以很明顯的看出不同層數的模型有應力滑移的趨勢，并且不同層數的模型隨著層數的增加應力最大值逐漸減小。
展開 
ABAQUS三維多孔結構建模及軸壓力學模擬
多孔結構由孔隙及固相所組成，在建筑結構、生物醫學等領域應用廣泛，多孔材料的力學性能對其應用場景至關重要。本案例采用CAD隨機球體插件專業版建立三維多孔結構圓柱體模型，并將模型導入到ABAQUS內進行力學模擬，分析多孔材料在軸向壓力作用下的破壞特征。
首先采用CAD隨機球體插件專業版V1.3在AutoCAD內建立多孔結構三維模型，插件可設置孔隙是否穿過模型的邊界，本案例以孔隙完全位于模型內部為例。
將多孔結構模型導出為iges格式文件后導入到ABAQUS內，這里采用EasyCDP插件建立混凝土損傷塑性模型為多孔結構指定C30強度的混凝土材料，用于模擬泡沫混凝土試件。
將試件下側固定，上側指定Z軸方向的位移，模擬混凝土試件軸心受壓的力學場景。
進行網格劃分，選擇四面體單元。
提交作業查看泡沫混凝土模型的破壞情況。
展開 abaqus地下結構仿真模擬
abaqus怎樣模擬抗浮錨桿在地下水位變化時，對結構底板、地下室的影響，有做相關方面的可以交流交流
Abaqus模擬 | 響應譜法求解結構地震響應
響應譜分析是一種頻域分析法，本質上可以看作為結構各階模態的一種線性疊加，必須是要基于模態分析的結果。
它表示的是結構受迫振動的振幅和激勵力頻率之間的關系，當然，這里的激勵力不一定是按照力的形式，也包含位移、速度、加速度的形式，通常我們采用加速度多一些，最后可確定在地震作用下結構的最大振幅，及對應頻率。
響應譜分析不能反應結構地震響應的全過程；僅限于彈性階段，不能給出各構件進入彈塑性變形階段的內力和變形狀態，無法找出結構的薄弱環節；主要適用于規則結構，不適用于不規則結構。
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展開 abaqus形狀記憶聚合物結構的熱-力學有限元模擬
為了研究形狀記憶聚合物相關結構的形狀記憶過程，以往常常需要使用Fortran語言去編寫復雜繁瑣UMAT(用戶材料子程序)，現在本人采用了一種適合對SMP復雜結構進行有限元模擬的方法，該方法不需要寫umat子程序，分別利用有限元仿真軟件ABAQUS中內置的廣義Maxwell模型和Neo-Hookean模型來描述材料的粘彈性行為和超彈性行為。然后針對SMP的板結構，通過ABAQUS軟件對它們的形狀記憶過程進行了有限元模擬分析，得到了應力-應變-溫度三者間的關系。模擬結果表明：本文介紹的這種新方法能夠準確地模擬SMP的形狀記憶過程。
一、SMP熱粘彈性本構模型
根據Tobushi等人的研究，得到了用應力率表示應變率的微分形式的SMP力學一維本構方程：
二、SMP板結構的有限元模擬
1、有限元模型建立
在ABAQUS中建立SMP平面板模型如圖1所示，尺寸為100mm×40mm，選擇Shell進行建模，指定厚度為5mm。網格劃分一共有160個單元，從計算效率考慮，每一個單元尺寸設置為2mm，采用S4R殼單元，即為四節點減縮積分殼單元，計算方式采用Full-Newton求解法。
圖1 有限元模型
在相互作用模塊，需要將板的兩個短邊分別耦合到兩個控制點，控制點與邊之間設置MPC-beam耦合，圖1中的RP-1和RP-2分別為兩邊的控制點。材料屬性設置用到了SMP本構模型。
2、分析過程設置
分為四個步驟：高溫變形、應力凍結、低溫卸載和升溫恢復。具體步驟如下所述：
(1) 初始階段：將RP-1上的U2、U3、UR1和UR3自由度約束住，將RP-2上的U1、U2、U3、UR1和UR3自由度約束住，設置預定義溫度場。
展開 abaqus土木工程結構模擬實驗案例分析（電子書）
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ABAQUS瀝青路面結構裂縫模擬與分析模型。 ￥78
abaqus路面結構裂縫和動態響應模型， 路面結構裂縫和動態響應問題的算例分析（含操作步驟文檔，CAE，inp，odb結果文件）。在下面層瀝青穩定碎石 ATB 層底面已有一條長 3.0cm 的垂直裂縫。材料參數和文件目錄見照片。路面結構在標準荷載作用下裂縫的擴展規律模擬。
付費后即可獲取模型及教程下載鏈接。
ABAQUS三維功能梯度多孔結構材料FGM軸壓模擬
通過建立梯度多孔結構有限元模型，解析梯度參數對應力場及失效機制的影響，突破傳統試驗限制，優化設計。該研究對航空熱防護及生物醫用仿生植入體等功能化結構具有重要價值。本案例介紹在ABAQUS內建立三維梯度功能材料多孔結構模型，并對梯度結構模型進行軸心受壓力學仿真模擬。
三維梯度孔隙結構模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建立，模型建立完成后將梯度孔基體部分導出為iges格式。
將梯度多孔結構模型以部件的形式導入到ABAQUS內。
對模型設置材料屬性，這里采用EasyCDP插件快速生成C20混凝土塑性損傷材料模型并指派給部件。
設置軸心受壓載荷工況，將模型一端固定，另一端指定位移。
對模型劃分網格。
創建并提交作業，查看模擬結果。
展開 
高等土木工程結構（ABAQUS模擬實驗/實驗室模型實驗）
高等土木工程結構（ABAQUS模擬實驗/實驗室模型實驗）
【雙穩態結構】PXCM相變細胞材料加、卸載過程Abaqus模擬
1
雙穩態結構
雙穩態（Bistable）結構，顧名思義，是有兩種穩定狀態的結構，由于其內部存在彈性鉸，結構整體上可以表現出機構的特點，另外，很多機構的設計也會追求這種雙穩態特性，所以有時把這種結構或機構統稱為雙穩態順應性機構。
通過外力作用，雙穩態結構可以在兩種穩定狀態之間轉變，穩定意味著這種轉變不會自發地出現。
雙穩態結構示例
生活中比較常見的彈力發卡、單車支架腳，瓶蓋（某些飲料或洗發露產品）、折疊盆、還有十年前流行的翻蓋手機等，都有雙穩態特性。
雙穩態力學系統與生活中的案例
通過對彈性鉸的幾何、剛度參數進行調整，可以制造出雙穩態或亞穩態（Metastable）細胞，將這些細胞陣列起來，得到的結構具有優良的隔震、吸能效果，與傳統的蜂窩材料相比，具有很強的可恢復性。
在外界載荷作用下，細胞會經歷狀態的轉變，并耗散掉沖擊能量，有些文獻將微觀的相變概念擴展到此宏觀細胞材料之中，并稱之為相變細胞材料（PXCM）。
相變細胞材料的加、卸載試驗
2
Abaqus有限元模擬
最近幾年，有不少關于PXCM的基礎研究文獻，下面的案例物理模型源自于普渡大學Pablo研究小組2019年發表的一篇Nature，文章對幾種不同的PXCM結構設計進行了研究，應**博士的需求，我對其中一個結構的彈性鉸失穩以及整體結構0°/45°的加、卸載過程進行了Abaqus有限元模擬復現。
雙層余弦梁彈性鉸
A
彈性鉸失穩
拱形彈性結構受壓失穩過程中會突然翻轉，如果使用靜力學來計算失穩，必須用位移來控制加載（輸出RF），或者采用弧長法（輸出LPF），除此之外，還可以采用動力學方法來模擬這個過程。
展開 基于ABAQUS的CONWEP爆炸荷載動態加載下蜂窩狀網狀夾層結構變形數值模擬
ABAQUS通過CONWEP模型提供的經驗數據結合入射波加載定義，可以定義這種由于空氣爆炸引起的荷載效應，其中入射波可分為：球形入射波（空氣爆炸）或半球入射波（表面爆炸），本例采用球形入射波定義。
CONWEP是來源于美國軍方實驗數據的爆炸載荷計算方法，用于自由空氣場中爆炸和近距離爆炸計算。在ABAQUS中，當給定的起爆點、加載面、爆炸類型和TNT當量，即確定了CONWEP模型的爆炸沖擊壓力歷程曲線如圖1所示，可見該曲線包含以下經驗參數：由入射壓力和反射壓力構成的的最大超壓（高于大氣壓），沖擊壓力到達時間，超壓持續時間和指數衰減系數。
圖1 爆炸產生的沖擊波壓力時程曲線
由于沖擊波產生的超壓即總壓力是入射壓力，反射壓力和入射角的函數，被定義為加載表面的法線與加載面任意點指向爆炸點的矢量之間的角度。因此總壓力定義為：
本例將以空氣爆炸產生沖擊波對蜂窩狀網狀夾層結構的影響為例展示其非線性分析能力。
幾何模型與網格劃分:
蜂窩狀網狀夾層結構幾何模型如圖2所示，夾層結構由方形蜂窩芯組成，垂直腹板焊接在頂板和底板上。整個夾層板結構的尺寸為610×610×61mm。 夾層結構位于X-Y平面中，而爆炸源在夾層結構的頂板的中心垂直上方（沿z方向）100mm。頂板和底板厚5毫米，方形蜂窩芯板厚0.76毫米，蜂窩網之間的間距為30.5mm。
由對稱性取四分之一進行建模，使用31×31×5個C3D8R單元將頂底兩個板離散化，蜂窩芯沿著芯的高度使用30層S4R殼單元，如圖3所示。
展開 ABAQUS應用于設計院實際工程-鋼結構懸挑托架焊縫連接模擬-強度仿真
ABAQUS應用于設計院實際工程-鋼結構懸挑托架焊縫連接模擬-強度仿真
