2.4 快速实例入门

以下介绍一则简单的应力分析实例，目的是帮助读者初步了解ABAQUS的建模及分析步骤，初步掌握ABAQUS的应力和位移的分析方法。

2.4.1 问题的描述

一悬臂梁左端受固定约束，右端自由，结构尺寸如图2-1所示。

材料性质：弹簧模量E=2e3，泊松比v=0.3

均布载荷：p=1.2MPa

2.4.2 启动ABAQUS

如第1章所述，启动ABAQUS有两种方法，用户可以任选一种进行软件启动。

（1）在操作系统中，执行开始→程序→ABAQUS 6.14→ABAQUS/CAE命令。

（2）在操作系统的命令提示符中输入命令：ABAQUS CAE。

ABAQUS/CAE启动后，在Start Session（开始任务）对话框中选择Create Model Database中的Standard/Explicit Model选项，进入用户界面。

2.4.3 创建部件

在用户界面的环境栏中，模块列表默认进入Part模块，在此模块中可以定义各部分的几何形状。

1．创建部件

单击左侧工具区中的Create Part（创建部件）按钮，或者在菜单栏中单击Part按钮，选择Create选项，弹出如图2-2所示的Create Part（创建部件）对话框。

在Name（部件名称）栏中输入名称Beam，也可默认系统名称，在Modeling Space（模型所在空间）中点选3D单选按钮，在Shape（形状）中点选Solid（实体）单选按钮，在Type（类型）中选择默认的Extrusion（挤压）选项，在Approximate size（近似大小）一栏输入500，单击Continue..．按钮完成部件创建。

2．绘制界面草图

完成部件创建后，ABAQUS/CAE跳转至绘图环境，如图2-3所示。左侧工具区中显示出绘图工具，视图内显示栅格，视图正中两条垂直相交的点画线为当前二维图区域的X轴和Y轴，交点即为坐标原点。单击左侧工具区Create Lines:Rectangle（4Lines）[创建线：矩形（4条线）]工具，在提示区显示Pick a starting corner for the rectangle—or enter X, Y（选择矩形的一个角点，或者输入X、Y的坐标），如图2-4所示。在视图区移动光标时，视图左上方会显示当前光标所在位置的坐标值。

在提示区输入矩形第一点的坐标值（-200,10），按Enter键完成草图第一点，再在提示区输入矩形对角线第二点坐标值（200, -10），按Enter键完成矩形绘制，或者移动光标至第二坐标点，单击进行绘制。

在草图绘制过程中如遇到绘制错误，可单击按钮撤销前一步操作，或者使用按钮删除错误线条或图形。当需要删除多条线时，可按住Shift键的同时，单击多条线段，单击鼠标中键或提示区的Done按钮完成删除操作，或者用鼠标框选需要删除的要素，单击中键或提示区Done （完成）按钮完成删除。在此需要说明的是，被选中的要素会显示为红色。

矩形绘制完成，单击鼠标中键或提示区Done（完成）按钮结束草图的绘制。

3．完成模型建立

在结束草图的绘制时，由于之前已经选择了默认的Extrusion（挤压）类型，软件会弹出Edit Base Extrusion（编辑基本拉伸）对话框，在Depth（深度）栏中输入拉伸尺寸20，如图2-5所示，单击OK按钮，完成模型的建立，如图2-6所示。

4．保存模型

在进行下一步之前，单击工具栏中的（保存）按钮，保存所建立的模型，或者执行菜单栏中的File（文件）→Save（保存）命令来保存模型。输入文件名称，ABAQUS会自动为文件生成．cae的扩展名。

2.4.4 创建材料及截面属性设置

材料及截面属性的设置属于Property（属性）模块，因此，先将环境栏中的Module（模块）切换为Property（属性）模块，再进行下面的操作。

1．创建材料

单击左侧工具区的Create Material（创建材料）工具，或者在菜单栏中执行Material（材料）→Create（创建）命令，弹出Edit Material（编辑材料）对话框，还可以通过双击左侧模型树中的Materials来完成此操作，如图2-7所示。

在Name（名称）栏中输入Steel，执行Mechanical（力学）→Elasticity（弹性）→Elastic（弹性）命令，在弹出的数据表中，设置Young's Modulus（杨氏模量）为2e3, Poisson's Ratio（泊松比）为0.3，其余不变，如图2-8所示，单击OK按钮。

2．创建界面属性

单击左侧工具区的Create Section（创建截面）工具，或者在菜单栏中执行Section（截面）→Create（创建）命令，弹出Create Section（创建截面）对话框，如图2-9所示，双击模型树区的Section（截面）工具同样能够完成此操作。在Name（名称）栏中输入BeamSection，其他参数选择默认不变，单击Continue..．按钮，继续弹出Edit Section（编辑截面）对话框，如图2-10所示，单击OK按钮即可。

3．为部件赋截面属性

单击左侧工具区的Assign Section（指派截面）工具，或执行菜单栏中Assign（指派）→Section（截面）命令，单击视图区的悬臂梁模型，模型变为红色显示，单击鼠标中键，或者单击提示区的Done按钮，弹出Edit Section Assignment（编辑截面指派）对话框，单击OK按钮完成，此时模型变为绿色。

2.4.5 定义装配件

在此模块中，需要将前面Part功能模块中创建的各个部件在Assembly（装配）模块中装配起来。其操作方法如下：

在环境栏的Module（模块）栏中，选择Assembly（装配）模块，单击左侧工具区的Create Instance（创建实例）工具，或者执行菜单栏中的Instance（实例）→Create（创建）命令，或是单击模型树区Assembly（装配）左侧“+”号，然后双击Assembly（装配）下一层的Instance （实例）。此时软件弹出Create Instance（创建实例）对话框，如图2-11所示，之前创建的部件Beam被选中，Instance Type（实例类型）选择默认的Dependent（mesh on part）[非独立（网格在部件上）]。单击OK按钮完成操作，此时视图区的模型变为蓝色。

2.4.6 设置分析步

在环境栏的Module（模块）栏中，选择Step（分析步）模块，单击左侧工具区的Create Step （创建分析步）工具，或者在菜单栏中执行Step（分析步）→Create（创建）命令，亦可以在模型树中执行Steps（分析步）来创建。在弹出的Create Step（创建分析步）对话框中，在Name栏输入分析步的名称loadbeam，其余参数不变，如图2-12所示。单击Continue..．按钮，弹出Edit Step（编辑分析步）对话框，在Description（描述）栏输入load the top of the beam（加载梁的顶部），如图2-13所示，单击OK按钮完成操作。

2.4.7 定义边界条件和载荷

1．施加载荷

在环境栏的Module（模块）栏中，选择Load（载荷）模块，单击左侧工具区的Create Load （创建载荷）工具，或在菜单栏执行Load（载荷）→Create（创建）命令，或在模型树区中双击Loads（载荷）来创建。软件弹出Create Load（创建载荷）对话框，在Name（名称）栏输入Pressure，将Types for Selected Step（可用于所选分析步的类型）选择框改为Pressure（压强），其他默认不变，如图2-14所示，单击Continue..．按钮。

此时提示区显示为Select surfaces for the load（选择要施加载荷的表面），单击悬臂梁的上表面，被选中面变红，单击鼠标中键，或是单击提示区Done按钮，弹出Edit Load（编辑载荷）对话框，在Magnitude（大小）栏中输入1.2，如图2-15所示，然后单击OK按钮，完成载荷的施加。此时，模型如图2-16所示。

2．定义悬臂梁左侧的固支约束

单击左侧工具区的Create Boundary Condition（创建边界条件）工具，或在菜单栏执行BC（边界条件）→Create（创建）命令，亦或在模型树中双击BCs（边界条件）创建。在弹出的Create Boundary Condition（创建边界条件）对话框中，输入Name（名称）为Fixed，将Step改为Initial, Type for Selected Step（可用于所选分析步的类型）选为Displacement/Rotation（位移/转角），如图2-17所示，单击Continue..．按钮。

此时提示区显示Select regions for the boundary condition（选择要施加边界条件的区域），选择悬臂梁的左侧面，此时被选中面变红，如图2-18所示，单击鼠标中键，弹出Edit Boundary Condition（编辑边界条件）对话框，在CSYS：（Global）（坐标系（全局））选项组中勾选U1、U2、U3复选框，如图2-19所示，单击OK按钮，完成定义，此时模型如图2-20所示。

2.4.8 网格划分

在环境栏的Module（模块）栏中，选择Mesh（网格）模块，最右侧的Object（对象）选为Part（部件）Beam，如图2-21所示，此时模型变为绿色。

1．设置网格控制参数

在左侧工具区单击Assign Mesh Controls（指派网格控制）工具，或者在菜单栏中执行Mesh（网格）→Controls（控制属性）命令，弹出Mesh Controls （网格控制属性）对话框，在Element Shape（单元形状）中点选Hex（六面体）单选按钮，在Technique （技术）中点选Structured（结构）单选按钮，如图2-22所示，单击OK按钮。

2．设置单元类型

单击左侧工具区中的Assign Element Type（指派单元类型）工具，或者在菜单栏中执行Mesh（网格）→Element Type（单元类型）命令，提示区显示Select the regions to be assigned element types（选择要制定单元类型的区域），单击视图区部件模型，单击鼠标中键，弹出Element Type （单元类型）对话框，在Hex（六面体）选项卡里选择Incompatible modes（非协调模型），其余参数采用默认值，如图2-23所示，单击OK按钮。

3．设置种子

单击左侧工具区的Seed Part（种子部件）工具，或者执行菜单栏中Seed（种子）→Part（部件）命令，弹出Global Seeds（全局种子）对话框，在Sizing Controls（尺寸控制）中将Approximate global size（近似全局尺寸）改为10，如图2-24所示。单击OK按钮，此时模型如图2-25所示。

4．划分网格

单击左侧工具区的Mesh Part（网格部件）工具，或者在菜单栏中执行Mesh（网格）→Part（部件）命令，此时提示区显示OK to mesh the part（要为部件划分网格吗）？单击Yes按钮，或是单击鼠标中键，得到生成网格后的模型，如图2-26所示。

2.4.9 提交分析作业

1．创建分析作业

在环境栏的Module（模块）栏中，选择Job（作业）模块，单击左侧工具区的Job Manager（作业管理器）工具，或者执行菜单栏中的Job（作业）→Manager（管理器）命令，弹出Job Manager（作业管理器）对话框，单击Create（创建）按钮，如图2-27所示，弹出Create Job（创建作业）对话框，在Name（名称）后面输入Deform，如图2-28所示，单击Continue..．按钮，弹出Edit Job（编辑作业）对话框，将Description（描述）设置为Cantilever beam，其他各参数值为默认，如图2-29所示，单击OK按钮。

2．提交分析作业

在Job Manager（作业管理器）对话框中单击Submit（提交）按钮，在Status（状态）栏中，依次提示Submitted（已提交）、Running（运算中）和Completed（已完成），此时对模型的分析已经完成，单击对话框中的Results（结果）按钮，软件会自动进入Visualization（可视化）模块。

如果Status（状态）栏显示Aborted（分析失败），则说明模型存在问题，可单击对话框中的Monitor（监视器）来检查错误信息，然后逐次检查前面的步骤是否正确，检查修改完毕后，再次提交作业。

2.4.10 后处理

1．显示未变形网格模型

经过提交分析作业后，软件已经自动跳转至Visualization（可视化）模块，此时单击左侧工具区的Plot Undeformed Shape（绘制未变形图）工具，或者在菜单栏中执行Plot（绘图）→Undeformed Shape（未变形图）命令，视图区显示未变型的网格模型。

2．显示变形网格模型

单击左侧工具区的Plot Deformed Shape（绘制变形图）工具，或者在菜单栏执行Plot（绘图）→Deformed Shape（变形图）命令，视图区显示变型的网格模型。

执行菜单栏中的Plot（绘图）→Allow Multiple Plot States（允许多绘图状态）命令，再单击Undeformed Shape（未变形图）和Deformed Shape（变形图），视图区可同时显示未变形模型和变形模型，如图2-30所示。

3．显示云纹图

单击左侧工具区的Plot Contours on Deformed Shape（在变形图上绘制云图）工具，或者在菜单栏中执行Plot（绘图）→Contours（云图）→on Deformed Shape（在变形图上）命令，显示出Mises应力的云纹图，如图2-31所示。

单击左侧工具区的Plot Contours on Both Shape（同时在两个图上绘制云图）工具，或者在菜单中选择Polt（绘图）→Contours（云图）→on Both Shape（同时在两个图上），显示出Mises应力的云纹图，如图2-32所示。

4．显示动画

单击左侧工具区的Animate:Scale Factor（动画：缩放系数）工具，可以先缩放系数变化时的动画，再次单击可停止动画。

5．显示节点的Mises应力值

单击上方工具栏中的（Query information，查询信息）按钮，或者在菜单栏中执行Tools （工具）→Query（查询）命令，在弹出的Query（查询）对话框中选择Probe values（查询值）选项，如图2-33所示，然后单击OK按钮。弹出Probe values（查询值）对话框，如图2-34所示，将Probe（查询对象）设置为Nodes（节点），然后将鼠标移至两个表格的任意节点，此节点的Mises应力就会在Probe Values对话框中显示。

6．查询节点的位移

执行菜单栏中的Result（结果）→Field Output（场输出）命令，弹出Field Output（场输出）对话框，如图2-35所示，当前默认输出变量是Name:S（名称：应力）、Invariant:Mises（变量：Mises应力）。

将输出变量改为Name:U（名称：位移）、Component:U3（变量：在方向3上的位移），单击OK按钮，此时云纹图变成对U3的结果显示，如图2-36所示，将鼠标移至所关心的节点处，此处的U3就会在Probe Values对话框中显示，如图2-37所示。单击Cancel按钮，可以关闭此对话框。

2.4.11 退出ABAQUS/CAE

至此，此例分析过程已完成，单击菜单栏中的Save Model Database（保存模型数据库）按钮来保存模型，然后单击窗口右上方的按钮，或者执行菜单栏中的File（文件）→Exit（退出）命令，退出软件。