4.5.1 實(shí)例描述

下面將分析二維圓盤與平板的接觸實(shí)例，模型頂部有一個(gè)剛性的（無彈性和塑性變形）圓盤，圓盤的底部與平板上沿部分相接觸（見圖4-1），在圓盤上沿著Y軸負(fù)方向施加10kN的集中力。接觸面潤滑良好，無摩擦。除了接觸力之外，平板不承受其他載荷。要求分析模型的受力狀態(tài)。

 

圖4-1 圓盤與平板模型示意圖

 

l此問題研究的是結(jié)構(gòu)的靜態(tài)響應(yīng)，使用ABAQUS/Standard作為求解器，所以分析步類型應(yīng)為Static,General。

l在接觸分折中，如果接觸屬性為默認(rèn)的“硬接觸”，則應(yīng)盡可能使用“一階單元”，本實(shí)例中選用CPS4I單元（平面應(yīng)力四邊形雙線性非協(xié)調(diào)單元）。

l圓盤為剛性的，且?guī)缀涡螤詈唵?，可以用解析剛體來模擬。

 

4.5.2 創(chuàng)建部件

1．創(chuàng)建平板

單擊工具區(qū)中的Create Part圖標(biāo)，彈出Create Part對話框，在Name文本框中輸入“Part-ban”，設(shè)置Modeling Space為2D Planar，Type為Deformable，如圖4-2所示，然后單擊Continue按鈕。

 

進(jìn)入草圖模塊后，單擊工具區(qū)中的圖標(biāo)，在視圖區(qū)下方輸入矩形第一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)（-20,10），然后再輸入第一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)（20,0），雙擊鼠標(biāo)中鍵，即完成平板的繪制。

 

2．創(chuàng)建圓盤

（1）單擊工具區(qū)中的Create Part圖標(biāo)，彈出Create Part對話框，在Name文本框中輸入“Part-pan”，設(shè)置Modeling Space為2D Planar，Type為Analytical rigid（解析剛體），如圖4-3所示，然后單擊Continue按鈕。

 

（2）單擊工具區(qū)中的Create Arc Center and 2 Endpoints（繪制圓弧圓心和2點(diǎn)）圖標(biāo)，在視圖區(qū)下方輸入圓心坐標(biāo)（0,15），單擊鼠標(biāo)中鍵（或按Enter鍵），然后輸入圓弧起始點(diǎn)坐標(biāo)（0,10），單擊鼠標(biāo)中鍵，再輸入圓弧的終點(diǎn)坐標(biāo)（-5,15），單擊鼠標(biāo)中鍵，即完成了圓盤輪廓的1/4圓弧。

 

（3）根據(jù)上述方法，繼續(xù)創(chuàng)建下述3段圓弧，創(chuàng)建圓弧所涉及的數(shù)據(jù)如表4-1所示。

 

提示：解析剛體的截面圖形由線段、小于180°的弧線及拋物線組成，因此不能用工具繪制整個(gè)圓。

 

（4）在繪制完剛體部件后，必須為剛體部件指定一個(gè)參考點(diǎn)，剛體部件的邊界條件和載荷都要施加在此參考點(diǎn)上，在分析過程中，整個(gè)剛體部件各處的位移都是和此參考點(diǎn)的位移相同。在菜單欄中選擇Tools→Reference Point（參考點(diǎn)）命令，然后單擊剛體頂部的點(diǎn)，如圖4-4所示。

 

提示：在Part模塊下為部件所加的參考點(diǎn)，將隸屬于這個(gè)部件。

 

4.5.3 定義材料屬性

（1）在工作區(qū)上方的Module下拉列表框中選擇Property選項(xiàng)，選擇Part為Part-ban，進(jìn)入材料屬性編輯界面。單擊工具區(qū)中的CreateMaterial圖標(biāo)，彈出Edit Material對話框，如圖4-5所示，默認(rèn)名稱為Material-1。

 

（ 2 ） 在 Material Behaviors 選 項(xiàng) 組 中 依 次 選 擇Mechanical→Elasticity→Elasti選項(xiàng)。此時(shí)，在下方出現(xiàn)的數(shù)據(jù)表中依次設(shè)置Young’s Modulus為210000，Poisson’s Ratio為0.3，保持其余參數(shù)不變，單擊OK按鈕。

 

4.5.4 定義和指派截面屬性

1．創(chuàng)建截面

單擊工具區(qū)中的Create Section圖標(biāo)，彈出Create Section對話框，默認(rèn)名稱為Section-1，保持其他項(xiàng)不變，如圖4-6所示，單擊Continue按鈕，彈出Edit Section對話框，在Material下拉列表框中選擇Material-1選項(xiàng)，如圖4-7所示，單擊OK按鈕。

 

2．指派截面屬性

單擊工具區(qū)中的Assign Section圖標(biāo)，在視圖區(qū)選擇整個(gè)平板，單擊提示區(qū)的Done按鈕（或在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵），彈出Edit SectionAssignment對話框，在Section下拉列表框中選擇Section-1選項(xiàng)，如圖4-8所示，單擊OK按鈕。

 

4.5.5 定義裝配

在Module下拉列表框中選擇Assembly選項(xiàng)，單擊工具區(qū)中的Create Instance圖標(biāo)，彈出Create Instance對話框，在Parts選項(xiàng)組中選擇Part-ban和Part-pan選項(xiàng)，保持各項(xiàng)默認(rèn)值，如圖4-9所示，單擊OK按鈕。

 

4.5.6 設(shè)置分析步

本模型的分析步將包含以下幾個(gè)部分。

lInitial（初始分析步）：該分析步用來定義邊界條件。

l分析步1：在圓盤上施加一個(gè)較小的力，使各個(gè)接觸部件平穩(wěn)地建立起來，以免把所有載荷都施加到模型上，導(dǎo)致分析無法收斂。

l分析步2：將圓盤上的作用力改為100kN。

 

在接觸分析中，通常先定義一個(gè)只有很小位移載荷的分析步，讓接觸關(guān)系平穩(wěn)地建立起來，然后在下一個(gè)分析步中再施加真實(shí)的載荷。這樣雖然分析步的數(shù)目增加了，但是降低了收斂的困難度，計(jì)算時(shí)間反而可能會(huì)減少。

 

（1）在Module下拉列表框中選擇Step選項(xiàng)，進(jìn)入分析步編輯界面。單擊工具區(qū)中的Create Step圖標(biāo)，彈出Create Step對話框，分別創(chuàng)建以下分析步。

 

分析步1（Step-10kN）：在Name文本框中輸入“Step-10kN”，類型選擇Static,General，其余選項(xiàng)不變，如圖4-10所示，單擊Continue按鈕。彈出Edit Step對話框，設(shè)置Nlgeom為On，如圖4-11所示，單擊OK按鈕，完成分析步1的創(chuàng)建。

 

分 析 步 2 （ Step-100kN ） ： 在 Name 文 本 框 中 輸 入 “Step100kN”，類型選擇Static,General ，其余選項(xiàng)不變，單擊Continue按鈕。彈出Edit Step對話框，直接單擊OK按鈕，完成分析步2的創(chuàng)建。

 

（2）創(chuàng)建完畢后，單擊工具區(qū)中的Step Manager圖標(biāo)，打開StepManager對話框，可以查看所創(chuàng)建的分析步，如圖4-12所示。

 

（內(nèi)容、圖片來源：《ABAQUS 2020有限元分析從入門到精通》，侵刪）

 

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