Abaqus课程设计论文

课程论文题目：球体接触问题的有限元分析学生姓名：李劲波学院：理学院班级：工程力学12-1班指导教师：韦广梅、周承恩2015年9月26日学校代码：10128学号：201220907039内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：有限单元法课程设计学院：理学院班级：力学12-1班_学生姓名：李劲波学号：201220907039指导教师：韦广梅、周承恩一、题目球体接触问题的有限元分析二、目的与意义《有限单元法课程设计》是“有限单元法”课程的课程设计，本课程设计的目的是使学生应用和拓展所学“有限单元法”课程的理论，使学生学会用大型商用有限元软件进行有限元分析，为毕业论文的完成和毕业后从事专业工作做好计算分析的准备。三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）1、内容：椭球与平面接触2、原始数据：1.半无限大体，椭球三半轴为50，50，70mm。50mm半轴与半无限大体表面垂直。接触压力为30kN。材料参数：E=210Gpa，μ=0.33、要求：1.建立有限元模型，研究接触区域形状，应力分布。求二者内部最大的应力及位置。2.如果材料为理想弹塑性，屈服极限350MPa，分析接触区域形状及应力应变分布情况。四、工作内容、进度安排1、熟悉有限元商用软件（1周）。2、在有限元商用软件平台上对题目进行设计（1周）。3、结果分析、报告形成（1周）。五、主要参考文献1、庄茁，基于ABAQUS的有限元分析和应用，清华大学出版社，20092、王勖成。《有限单元法（FINITEELEMENTMETHOD）》北京：清华大学出版社，2005；3、梁力，宋瑞强等。新型挂梁结构恒载力学特性的有限元数值分析，辽宁：自然科学出版社，2002第23卷。4、刘齐茂，李微。基于有限单元法的钢-混凝土组合梁截面优化设计西安建筑科技大学学报，2005年12月，37审核意见系（教研室）主任（签字）指导教师下达时间年月日指导教师签字：_______________摘要许多工程问题都涉及两个或多个部件之间的接触，在这些问题中，当两个物体彼此接触时，垂直于接触面上的力作用在两个物体上。如果在接触面之间存在摩擦，可能产生剪力以阻止物体的切向运动。本文主要是运用ABAQUS软件对椭球体与刚性半无限大体接触问题进行探讨，因为椭球体是前后左右都对称的三维实体，所以对它取四分之一分析，这样不仅计算方便而且结果直观。先将材料定义为弹性材料通过前处理建模、计算、后处理来分析椭球体与大体之间的接触，运用多种方法讨论接触问题。结果得到的数据远超弹性屈服极限，后将材料重新赋值为弹塑性，仿照弹性的分析方法对弹塑性进行分析，得到的结果完全正确。关键词：接触；ABAQUS；弹塑性；屈服极限AbstractManyengineeringproblemsinvolvecontactbetweentwoormorecomponents,intheseproblems,whentwoobjectscomeintocontactwitheachother,onthesurfaceoftheperpendiculartothecontactforcebetweentwoobjects.Ifthereisfrictionbetweencontactsurface,shearmaybeproducedtopreventthetangentialmotionoftheobject.ThisarticlemainlyusingABAQUSsoftwaretoellipsoidandrigidsemi-infinitediscussesthegeneralcontactproblem,becausetheellipsoidisbeforeandaftertheleftandrightsidesissymmetricalthree-dimensionalentity,sotakeaquarteranalysistoit,thatnotonlythecalculationresultsofconvenientandintuitive.Beforetheadoptionofthefirstmaterialisdefinedaselasticmaterialmodeling,calculation,afterprocessingtoanalyzebetweenellipsoidandgeneralcontact,usingavarietyofmethodstodiscusscontactproblem.Thanelasticyieldlimit,theresultingdatawillreopenassignmentforelastic-plasticmaterials,imitatestheelasticanalysismethodofelastic-plasticanalysis,gettherightresult.Keywords:Contact;ABAQUS;Elastic-plastic;Yieldlimit目录第一章绪论1.1有限单元法课程设计目的与任务···········11.2接触问题概述···················11.3有限元法概述···················1第二章有限元工具ABAQUS介绍及应用方法········32.1ABAQUS简介····················32.2ABAQUS功能简介··················3第三章椭球—平面接触问题有限元分析··········73.1平面－球接触问题描述···············73.2用ABAQUS建立有限元模型·············73.2.1建立实体···················73.2.2赋值材料与装配部件···············83.2.3创建分析步···················83.2.4定义接触和边界条件···············93.2.5划分网格···················93.2.6计算及后处理··················103.2.7理想弹塑性分析·················11第四章结论与收获···················14参考文献························151第一章绪论1.1有限单元法课程设计目的与任务目的：《有限单元法课程设计》是“有限单元法”课程的拓展部分。本课程设计的目的是使学生结合所学的力学知识和基础理论，应用和拓展“有限单元法”课程，初步学会用大型商用有限元软件进行力学分析，为以后从事专业工作做好计算分析的准备。任务：使用有限元商用软件进行力学分析。1.2接触问题概述弹性力学中研究的两接触物体受压力后产生局部应力和变形的问题的统称。轴承、凸轮机构、齿轮、硬度计、轧钢机的轧辊、桥梁支座和刚性压头等在使用中都有接触问题。接触问题曾是应用数学力学家面临的一大难题。在过去一百多年的研究中，产生了一系列有效的数学方法。材料在接触区的变形受到各个方面的限制，因而处于三向应力状态。接触应力具有明显的局部性质，而且总是随着离开接触区距离的增大而迅速衰减。一般在接触表面中心的压应力最大。影响接触应力的因素很多，其中主要的有：①残余应力（由于接触点附近应力很大，有时会进入塑性状态而引起残余应力）；②热应力（两接触面相对滑动时摩擦会引起热应力）；③润滑，它影响热应力及切向载荷，还可能产生动压油膜而影响接触应力的大小及分布；④接触面的几何形状偏差等。目前，在解决弹性体接触问题方面已采用有限元法，通过它可计算各种形状、材料和载荷下的接触问题，并且所得的结果精度较高。1.3有限元法概述有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际2问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。3第二章有限元工具ABAQUS介绍及应用方法2.1ABAQUS简介ABAQUS是一种有限元素法软件，用于机械、土木、电子等行业的结构和场分析。ABAQUS早年属于美国HKS公司的产品，于2000年代中期卖给了达索公司，该软件又被称为达索SIMULIA。ABAQUS非常适合用作科学研究。作为一种功能强大的有限元分析软件，ABAQUS在商业有限元软件中占有极其重要的位置。从简单的线弹性问题到复杂的几何非线性和材料非线性问题均获得了广泛应用。其有效性不论在工程应用还是在科学研究方面均得到了验证。ABAQUS包含了丰富的单元库和材料库，能够模拟各种材料受力和变形行为，特别是其提供了UMAT和UEL，为研究者提供了开发平台。2.2ABAQUS功能简介ABAQUS有两个主求解器模块—ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。ABAQUS还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块—ABAQUS/CAE。ABAQUS对某些特殊问题还提供了专用模块来加以解决。ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。ABAQUS的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS被各国的工业和研究中所广泛的采用。ABAQUS产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。1.Part模块ABAQUS/CAE:Partmodule→Part→Create，可以创建Planar和Axisym-metric类型几何模型，几何模型的类型可以是变形体和刚体，几何属性可以为实体、壳、线和点。这里值得注意的是轴对称问题被单独提出来进行分析，而平面应力和平面应变问题则被包含在2DPlanar中。生成Part后，为了对Part不同部分赋予不同材料参数、接触的定义、规则网格4划分等原因，往往需要对Part进行切割，切割一般需要进行两步操作才能完成，首先是定义切割平面，定义方式:Partmodule→Tools→Datum进行定义，对于切割平面很多时候是采用Offsetfromprincipalplane(xyplane,xzplane和yzplane),Offsetfromplane和3points。工作平面定义完成后就可以进行切割了，切割的操作方式为:Partmodule→Tools→Partition.2.Property模块该模块主要用于定义材料的本构模型，ABAQUS中封装了大量可用于土木工程的本构模型，通过Property→Material→Create→Mechanical进行定义。完成力学定义行为并给定材料名称后，接着通过Property→Section→Create定义断面(section)，建立与材料属性相关联的断面，然后通过Property→Assign→Section对不同Part或Part的不同部分(可定义为set)进行材料赋值。这里需要强调的是对干梁单元需要通过Property→Profile→Create建立梁的几何断面，同时还要通过Property→Assign→BeamSectionOrientation对梁单元断面方向进行定义。3.Assembly模块任何一个结构都可以视为一个Instance，它由很多个Part构成，Part间连续、接