1、基于ABAQUS簡支梁受力和彎矩的相關分析（梁單元和實體單元）對于簡支梁，基于ABAQUS2016 ,首先用梁單元分析了梁受力作用下的 應力，變形，剪力和力矩；對同一模型，并用實體單元進行了相應的分析。另 外，還分析了梁結構受力和彎矩作用下的剪力及力矩分析。對于CAE仿真分析具體細節(jié)操作并沒有給出詳細的操作，不過在后面上傳了對應的cae , odb , inp文件。不過要注意的是本文采用的是ABAQUS2016 進行計算，低版本可能打不開，可以自己提交 inp文件自己計 算即可。可以到小木蟲搜索：”基于 ABAQUS簡支梁受力和彎矩的相關分析” 進行相應文件下載。對于一簡支梁，其結構簡圖如下所

2、示，梁的一段受周支，一段受簡支，在梁的兩端受集中載荷，梁的大直徑 D=180mm，小直徑d=150mm , a=200mm , b=300mm , l=1600mm , F=300000N 。現(xiàn)通過梁單元和實體 單元分析簡支梁的受力情況，變形情況，以及分析其剪力和彎矩等。材料采用圖1簡支梁結構簡圖1.梁單元分析ABAQUS2016 中對應的文件為 beam-shaft.cae , beam-shaft.odb , beam-shaft.inp 。在建立梁part的時候，采用三維線性實體，按照圖 1所示尺寸建立，然后 在臺階及支撐梁處進行分割，結果如圖2所示。圖2建立part并分割接下來為梁結構

3、分配材料，創(chuàng)建材料，定義彈性模量和泊松比，創(chuàng)建梁截面形狀，如圖3,非別定義兩個圓，圓的直接分別為 180和150mm。然后創(chuàng)建兩個截面，截面選擇梁截面，再選擇圖 2中的所有梁，定義梁的方向矢量為(0, 0,-1)(點擊圖3中的n2, n1 , t那個圖標即可創(chuàng)建梁的方向矢量)， 最后把創(chuàng)建好的梁賦給梁結構。圖3創(chuàng)建梁截面形狀接下來裝配實體，再創(chuàng)建分析步，在創(chuàng)建分析步的時候，點擊主菜單欄的Output ,編輯Edit Field Output Request ,在SF前面打鉤，這樣就可以在結果后處理中輸出截面剪力和力矩，如圖 4所示。在Load加載中，在固支處剪 力邊界條件，約束x, y, z,

4、及繞x和y軸的轉動，如圖5所示，同理，在周 支另一處約束y, z,及繞x和y軸的轉動。在梁的兩端添加集中力，集中力的 大小為300000N 。最后對實體部件進行分網(wǎng)，采用 B32梁單元，網(wǎng)格尺寸為100完成以上工作后，創(chuàng)建作業(yè)并提交分析。（由于操作比較簡單，故沒有詳 細列下所有操作步驟。）Output Other Tools Plu3in5 Help 改？圖4 Step中SF輸出編輯Nlama* BC-1 y iC-2InitialCrPNtfdHoundkary fnditinli type: DisplaceBoundary condifloni stsrus： OeamdCgo*Qpy&

5、#187;E St H ztory OuCpuit Rcr*> 1 im? Pch nts紜 ALE Adspti>i.'e Me:lnteat 5 nn:Intcriscrion P ropeContatl Centre 4u旺河izl7-Ct nt ek? iFtiNiz尹 i if-r nf Gt q ml:t ah圖5邊界條件約束圖6為等效應力云圖，可知最大應力為 181.1MPa ,最大位置出現(xiàn)在梁臺階處（梁直徑變化處）。根據(jù)材料力學，最大彎矩應力產(chǎn)生在 C截面，同時根Mcmax CwcM ABABWAT32Fa d332Fb""D332 30

6、0000 2001503181.083MPa32 300000 3001803157.19MPa(1)(2)據(jù)材料力學知道AB段處的最大應力，其應力為從圖6和圖7可以知道，梁的最大應力以及 AB段的應力都與理論解一致c 圖8為梁的等效應力圖，可見最大位移出現(xiàn)在梁的兩端，最大有1.639mm。沿著梁的軸線建立路徑，然后繪制出梁的變形，圖 9和圖10分別 給出了截面剪力和力矩沿路徑的變化情況。值得注意的是，圖 9中剪力圖與材 料力學的剪力圖有區(qū)別，其并不是按照設正法畫的剪力圖，不過其數(shù)值的絕對值與材料力學上的一致。圖10的彎矩圖也材料力分析一致，圖11為等效位移 沿路徑的變化情況。RM 己任口&#

7、163; = 1 口DC口f An= -9口力口口口gvg: 75%.)H 呻，白工二e+U2-+l-c-6Qe+O2寸15口"+值 麗* s T.之仁小腔 -1d5bMm-+g.i5ie+DlH. +7；-4bo+(Jl-+&.D36e+01+4J，*st-Di®tf+oi-+l.S09t+01L 41.937B "ODB: Job-bwd m"我川 J 3qLigaM*d JDCKPERIEN.CE k2O16j Fi Dirt DZ 17:2 07 7?T?7 201&qStep: Step-LH In crewLi Step Ti

8、me -】仇口圖6等效應力, MisesRel. radi a = L.OOOO, Anole = -90-000(1(Avg 75)-r +l.157Z6-0ZT +1 .股ElQW l +i.4£5eC2 *1,4416-02 +1班了吁政 4-1.5E4e-02 H. 310e*02 1+1.2£6603 r i-i.223b+02PR- +1.1708+02M triac-rOE- +1,。如+ £L十.04Hl口之ODB: Job'bMm-thaftxidb M以StHrrd 30EKPERIFNCE R凝 16K Fri Qer 02 17：?

9、5|07Step： S舊pLIncrefTiEn7 2: Step f me = I.JiJQPri巾mrv Udr: £, Mime*圖7中間段等效應力圖, MagncudB-r +l.639e+0O _r +i 石睜 *nn +L_366e0D +L.22?ie-flO 41.刀93 0 4-9,5610-01 +B.195G 01 +6.029cOL +5.4640-01+4 m CbQLL詫 bQL+1.3666-01 1-L -hO.DQiOtJOO圖8等效位移圖圖9剪力SF2沿路徑情況圖11等效位移U沿路徑情況2 .實體單元分析ABAQUS2016 中對應的文件為 bea

10、m-solid.cae , beam-solid.odb beam-solid.inp 。按照圖1建立相應的實體單元，然后在支撐處切割實體，再建立材料屬性, 裝配，設置步，在創(chuàng)建分析步的時候，點擊主菜單欄的 Output ,編輯Edit Field Output Request ,在SF前面打鉤，同梁設置操作一樣。圖12實體單元結構圖13給出了力載荷及邊界條件加載情況，在梁左右兩端加載力載荷，可以選擇對應的面，然后加載界面切應力（F/S=300000/（3.1414*75A2=16.9765MPa, S為圓的面積）,也可以在加載面的中心建立參考點，然后把加載面與參考點相耦合，然后直接在參考點加

11、載300000N的力即可。在支撐處選擇對應的面，然后加載對應的邊界條件約束即可。最后完成相應的分網(wǎng)并提交分析。圖13載荷及邊界條件S Mists(Avq 75- > I口工J- +1.713 E -hDZ Eg工淞小 +1D204DZ +1.34? e-to? +1.092e-l-2 H.3«3t401 + 7.eD?eni 一.£ 品 mi +4,7D2&-l-ni 一 13.HR4 4Q j "E抵旬 一 -M ,02201DiforrMd Vir； u Dimau«n soMt necar： +1,5SD»4OJ圖14等效應

12、力圖5 M-dQntutB+ I.ri3§4-OD n gflie-g 4-5.O7Ge DI 16'e-Ol 26Qb-|£H-1MWCIL.-.=： r53ee-oi ac- id- a9|H 口»匚M 075S-02 口 由口口。十 口口u£ &: Jub-bc sm-s.ol J.odb Abaqus-ZtanJ震Wuc,errierf 1 Step T me =1 J fl Lw fZr LL MgnituMDnmei "1； Di*ffrFTi'ini 三一門牌 F力rrm + 1 5-1 口己圖15等效位移

13、圖一,LM 二圖16輸出剪力彎矩操作CrtM*.Edit七呼Jr Ddrlr.圖17輸出剪力彎矩操作Dismos1 54& 51 魚由0* IqcJb Pkjg-ir-! Help V圖18剪力數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出圖14給出了等效應力圖，其數(shù)值結果與梁給出的結果一致，與理論計算也一致，但是圖15給出的等效位移圖與梁單元計算的等效位移圖不同，因此在具體問題分析的時候，我們應該判斷具體使用什么單元進行分析。圖16到圖18給出了如何把沿軸向方向各個截面的剪力和彎矩輸出到一個txt文件的操 作。在圖16中打開主菜單Tools中的View Cut Manager ,然后在軸線平面 前面打鉤，結果如16所

14、示，然后單擊圖16中的Options ,再單擊Slicing進 入到圖17,設置實體切割的數(shù)目，然后單擊 OK即可。再在主菜單中單擊 Report的Free Body Cut ,然后按照圖18中設置，然后單擊OK,這樣就可 以在ABAQUS的當前文件夾找到moment.txt文件，里面記錄了各個截面的 力矩和彎矩，把里面的數(shù)據(jù)復制到 excel中就可以繪制出彎矩和剪力圖。3 .梁同時受集中力和彎矩分析ABAQUS2016 中對應的文件為 beam-force-moment.cae , beam- force-moment.odb , beam-force-moment.inp 。對于該分析，還

15、給出用 Workbench 給出的對應分析, 其文件為 beam-force-moment.wbpj , Workbench 版本為 15.0。圖19為梁在中間受集中載荷和彎矩的結構簡圖，梁的長度l=1000mm ,梁的直徑 d=100mm , M e=9e7N mm, F=300000N , E=210000MPa , v=0.28。現(xiàn)采用梁單元進行剪力和彎矩等相關分析。Ll一|* MeoA 一iFT圖19梁受力和彎矩結構簡圖其建模等分析過程與前面第一個實例的梁單元分析一樣，在梁的中點部分 進行切割。為了對比分析只有集中力，彎矩以及集中力和彎矩同時作用在梁上 的幾種情形，如圖20,對應Loa

16、d處右鍵單擊，然后選擇 Suppress ,可以抑 制載荷作用，選擇Resume ,可以激活抑制的載荷。通過載荷抑制或者激活的 設置，然后提交分析，就可以得到對應載荷情況下的結果。l+Loads （4Switch Cont*jctLoCtrkpjc*LOloBCBCBCpr恥例泳 中由“中隹bFIIL 6- Id%Edi JCopy»Rename.Cdete.«DdSuppressfiesuireSet As RootExpand All Underr：-i I -p-F =II Ur圖20載荷加載情況(1)梁中部只受集中力情形卜面四個圖給出了只受集中力載荷作用下的等效應力

17、，等效位移，剪力和彎矩圖，剪力和彎矩圖與材料力學分析一致。Mise?Rd. radium = l.OOOOj ngEe = -9Q.OGOO（Avg： 75%）+9,4E4e4-01 14-fi .67 416+01 +7,894«+01 +7,114e-h01 +*5,364-01 4-5.55 5e-f-01 +4,775fl*t*01 +3,995 升口 1 +3,215e-t-01 +2,43564-01 +1165 & c十。1 +8,了548十口。 +9,54?e-01ODBi beaETi-rnoment.odb Abaqixs/Standand 3DEXPER

18、IEPJCE R2O16X Thu Dec 03Step： Step-1fricrsmerit 1! Step Time = 1.000Primar V*r： S, MisesDeformed Var: U Deformation Scale Fact&n +鼠429噌+02圖21等效應力圖LI, Magnituderr+4.116e-01 + 3,773601 + 3M3»+Q1 + ,0378-01 + 2,744e-01 + 2,401e-01 + 2.058e-01 + 1.71Ee-01 + 1,3728-01 + 1,029B'01 十 6.360 e-

19、0Z + 3.430e-02 + C,000e+DC&tep: Step-1 ncreiviertt 1 i Step Tims Primer/ Var: U, MagnitudeODB; beam-morn&nt.odb Ab dqu 5/Stands rd 3DEMPER.1ENCE R?OlGx Thu Dec1.000xl E6J0.15150.圖22等效位移圖0.1D0.D50.05200.430&0D.800.1000.Tfu自 did冷口七口 long pathSFj spz （Ayj; 了5輪）True 口ist, a）Eng Tatlh-l'

20、w/t IntersetiQris£。團 £圖23軸線方向剪力圖圖24軸線方向彎矩圖(2)梁中部只受彎矩作用下面四個圖給出了在梁的中部只加載彎矩作用下的等效應力，等效位移，力矩和彎矩圖。從剪力和彎矩圖可以知道，整個梁受到 90000N (Me*l=9e7N mm *1000mm=90000N)的剪力作用，這與材料力學分析不一致，這應該引起關注。在材料力學分析中，只受到彎矩作用時，應該沒有剪力作用，不過 按照這思路也可以做出有彎矩作用下的剪力和彎矩圖。在彎矩圖中可以知道， 彎矩中部處出現(xiàn)了突變，有均勻剪力作用處，其彎矩呈現(xiàn)線性變化。£ M ftfRd rgdus =

21、 1 iXM)0Dd Angle ="SO .CO03 3呵三聯(lián))+SBS72ft 101 .EWctOL +4.7363+01 + 4 .29o I 01 +-3-8Cl&*0L + jjJ：z + UL +2.8fe# + 0L+Zu35Je + 0L *l.y2e+01-hl4Bls+n;+3°m三1曰4口口+5,2®?b + 00+5.7'ne-DlODD： bseJr rlTltJiriclit .w d b AlieqLW乳白 iidai d 3D EX PER J MCE RZOlGx TTiU Dec 1JSteo; Step-1h

22、erernsntL 士鵬口 Tin* = 1 ilD j圖25等效應力圖Jr Hagnitudc+i ,37507 蘆.工L&-工 +1 .dfi.6E*02 十立爵全口丁 +2 月02 +£ ,SSZA-n?+工.18Rr-12 +1.023r*O2 tJ 50c-OE+ 1.0 Me-02 17,2926 03 十三石豐:b口之+ C ,000&4 0 3iLfJ： eam-rriemi&nr cEUbXHzRJ Hx Ul-ii£tep: step-InihfiiLa日nt1: £t白 p Tim白一 1.000riir啟H Vnf

23、U Maqnu Jer - ,_一_一, H_U _一 :一一 一：_k 圖26等效位移圖X1,E3OGGoguIJU一JII.94Or200：40CLMEL000：1000,True distance along po-hsr, 5FZ (Axrg； 75%); True Dst. alongwA Lriterseclljcins圖27軸線方向剪力圖True distanee along pathsn? SMI Avg: 75%): T rue Di st. along 'Path-1'的冷 Intersections。口B： beam-moment.odtj Abaqus/Stanilafrci 3DEXPERIENCE R2016x Thu Dec 08 1圖29軸線方向彎矩圖(3)梁中部同時受集中力和彎矩作用卜面四圖給出了梁在中部同時受到集中力和彎矩作用下的等效應力，等效位移，剪力和彎矩圖。從