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2013-08-14 by:非線性有限元分析 來源:仿真在線
Abaqus有限元分析實例解析——在棒中的應(yīng)力波傳播(一)
本例題展示了在“ABAQUS基礎(chǔ)”中所描述過的顯式動態(tài)分析的一些基本思想。它也描述了穩(wěn)定極限,以及在求解時網(wǎng)格細(xì)劃和材料的影響。
棒的尺寸如圖9-1所示。
為了使問題成為一個一維的應(yīng)變問題,所有四個側(cè)面均由滾軸支撐;這樣,三維模型模擬了一個一維問題。材料為鋼材,其性質(zhì)如圖9-1所示。棒的自由端承受一個量級為1.0×105 Pa的爆炸載荷,如圖9-2所示,爆炸載荷的持續(xù)時間為3.88×10-5 s。
9.4.1 前處理——用ABAQUS/CAE創(chuàng)建模型
在這一節(jié)中,我們將討論如何應(yīng)用ABAQUS/CAE創(chuàng)建這個模擬所用的模型。在本手冊的在線文檔第A.7節(jié)“Stress wave propagation in a bar”提供了輸入文件。當(dāng)通過ABAQUS/CAE運(yùn)行這個輸入文件時,將創(chuàng)建關(guān)于該問題的完整的分析模型。根據(jù)下面給出的指導(dǎo)如果你遇到困難,或者如果你希望檢查你的工作,則可以運(yùn)行這個輸入文件。在附錄A“Example Files”中,給出了如何提取和運(yùn)行輸入文件的指導(dǎo)。
如果你沒有進(jìn)入ABAQUS/CAE或者其它的前處理器,可以人工創(chuàng)建關(guān)于這個問題的輸入文件,關(guān)于這方面的討論,見Getting Started with ABAQUS/Standard:Keywords Version,第3.4節(jié)“Example:stress wave propagation in a bar”。
定義模型幾何
在這個例子中,應(yīng)用可拉伸實體的基本特征,將創(chuàng)建一個三維的可變形物體。首先畫一個棒的二維輪廓圖然后將它拉伸成型。
創(chuàng)建部件:
1.在Create Part對話框中,創(chuàng)建一個部件并命名為Bar,接受三維的變形體和可拉伸實體的基本特征的默認(rèn)設(shè)置,對于模型采用近似的尺寸為0.50。
2.應(yīng)用在圖9-3中給出的尺寸畫棒的橫截面。
可以采用如下的步驟:
a.應(yīng)用位于畫圖工具箱右上角的Create Lines: Connected工具創(chuàng)建一個0.20 m高×0.20 m寬的矩形。
b.當(dāng)完成繪制輪廓圖后,在提示區(qū)點擊Done。
顯示Edit Base Extrusion(編輯基礎(chǔ)拉伸)對話框。為了完成部件定義,你必須指定橫截面拉伸的距離。
c.在對話框中,輸入拉伸深度1.0 m。
3.將模型保存到名為Bar.cae的模型數(shù)據(jù)庫文件中。
定義材料和截面性質(zhì)
創(chuàng)建一個單一線彈性材料,命名為Steel,采用密度7800 kg/m3,楊氏模量為207E9 Pa和泊松比0.3。
創(chuàng)建一個均勻的實體截面定義,命名為BarSection,接受Steel作為材料,接受Plane stress/strain thickness為1。
將截面定義BarSection賦予整個部件。
創(chuàng)建裝配件
進(jìn)入Assembly模塊,并創(chuàng)建一個部件Bar的實體。模型按照默認(rèn)方向放置,整體的3軸位于棒的長度方向。
創(chuàng)建幾何集合和面
創(chuàng)建幾何集合TOP、BOT、FRONT、BACK、FIX和OUT,如圖9-4所示(集合OUT包含楞邊,在圖9-4中如黑粗線所示)。創(chuàng)建面命名LOAD,如圖9-5所示。這些區(qū)域?qū)⒂糜谑┘虞d荷和邊界條件,以及定義需要的輸出變量。
定義分析步
創(chuàng)建一個單一的動態(tài)、顯式分析步,命名為BlastLoad。鍵入Apply pressure load pulse作為分析步的描述,并設(shè)置Time period為2.0E-4 s。在Edit Step對話框中,點擊Other頁。為了保持應(yīng)力波盡可能的尖銳,將Quadrastic bulk viscosity parameter(二次體積粘性參數(shù),將在第9.5.1節(jié)“體積粘性”中討論)設(shè)置為0。
設(shè)置輸出要求
編輯默認(rèn)的場變量輸出要求,這樣在分析步BlastLoad中,將預(yù)先選擇的場變量數(shù)據(jù)以四個相等的空間間隔寫入輸出數(shù)據(jù)庫。
刪除已存在的默認(rèn)的歷史變量輸出請求,而創(chuàng)建一個新的歷史變量輸出請求的集合。在Create History Output(創(chuàng)建歷史變量輸出)對話框中,接受默認(rèn)的名稱H-Output-1和選擇的分析步BlastLoad,點擊Continue。點擊在Domain(范圍)選項框旁邊的箭頭,選擇Set name(集合名稱),然后選擇OUT。在Output Varables(輸出變量)列表中,點擊在Stresses左邊的三角形,點擊在S, Stress components and invariants(應(yīng)力分量與不變量)左邊的三角形,并選中S33變量,它是在棒的軸向的應(yīng)力分量,指定在每1.0E-6 s保存一次輸出。
定義邊界條件
創(chuàng)建一個邊界條件,命名為Fix right end,并在所有三個方向上約束棒的右端面(幾何集合FIX)(見圖9-1)。創(chuàng)建其他的邊界條件,在這些面的法線方向約束頂面、底面、前面和后面(集合FRONT和BACK為1方向,集合TOP和BOT為2方向)。
定義載荷歷史
爆炸載荷將以它的最大值瞬時地施加并保持為常數(shù),持續(xù)時間為3.88×10-5 s。然后載荷突然全部去除并保持為零值。創(chuàng)建一個幅值定義,命名為Blast,采用在圖9-6中所示的數(shù)據(jù)。在本問題中在任意給定時刻的壓力載荷值是指壓力載荷的給定量級乘以由幅值曲線插值的值。
創(chuàng)建壓力載荷,命名為Blast load,并選擇BlastLoad作為載荷施加的分析步。將載荷施加在LOAD面上。選擇Uniform(均勻)分布,指定值為1.0E5 Pa作為載荷量級,并選擇幅值為Blast。
創(chuàng)建網(wǎng)格
利用材料性質(zhì)(忽略了泊松比),我們可以應(yīng)用前面介紹的公式計算材料的波速
我們感興趣的是隨著時間應(yīng)力沿著棒長度方向的傳播;所以,需要一個足夠精細(xì)的網(wǎng)格來精確捕捉應(yīng)力波?？雌饋硎贡ㄝd荷發(fā)生在10個單元的跨度內(nèi)是適合的。因為爆炸是持續(xù)了3.88×10-5 s,這意味著我們希望爆炸持續(xù)時間乘以波速等于10個單元的長度:
波以這個速度在1.94×10-4 s時通過棒的固定端。10個單元的長度為0.2 m。因為棒的長度為1.0 m,這意味著我們要在長度方向上劃分50個單元。為了保持網(wǎng)格均勻,在每個橫向上也劃分了10個單元,使得網(wǎng)格為50×10×10,這個網(wǎng)格如圖9-7所示。
我們使用整體單元尺寸0.02為播撒種子的目標(biāo)。選擇C3D8R作為單元類型,并剖分網(wǎng)格。
創(chuàng)建、運(yùn)行和監(jiān)控作業(yè)
創(chuàng)建一個作業(yè),命名為Bar,并鍵入Stress wave propagation in a bar (SI units)作為作業(yè)的描述。提交作業(yè),并監(jiān)控分析結(jié)果。如果遇到了任何錯誤,必須修改模型和重新運(yùn)行模擬。必須調(diào)查任何警告信息的來源和采取適當(dāng)?shù)拇胧?回顧到某些警告信息可以安全地忽略,而其他的警告信息需要采取糾正的措施。
狀態(tài)文件(.sta)
你也可以觀察狀態(tài)文件Bar.sta來監(jiān)控作業(yè)的進(jìn)程,其中的信息包括關(guān)于慣性矩,接著是關(guān)注穩(wěn)定極限的信息。按照順序列出了10個具有最低穩(wěn)定時間極
限的單元。
在狀態(tài)文件中繼續(xù)給出求解過程的信息。下面的信息也顯示在Job Monitor中。
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