Workshop 12 一張歪斜板的非線性分析
Introduction(前言)
你要建立如圖 W12–1 中所示的平板模型. 它跟總體座標的第一軸歪斜 30° , 一端嵌 入壁中, 另一端則被拘束住只能沿著與板子的長軸向相平行的方向移動. 我們要決定 當這個板子承受一個均勻壓力時其中間跨距的撓度. 我們將會做線性與非線性的靜 態跟動態分析. Figure W12–1 Sketch of the skewed plate.
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Defining the model geometry
W12_Defining the model geometry.avi
在 workshops/skewPlate 目錄中啟動 ABAQUS/CAE 開啟一個新檔. ABAQUS/CAE 會自動為你定義一個模型的名稱 (Model-1). 然而, 由於線性分析模 Copyright 2004 ABAQUS, Inc.
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W12.2
型將會作為稍後非線性分析模型的基礎, 所以你應該要將這個模型改個名字給它一 個較適切的名字. • 在模型樹中的 Model-1 上按一下滑鼠右鍵, 從所彈出來的功能表中選取 Rename 功能選項. 將這個模型名稱改為 linear.手机绑定
製作這個平板的幾何形狀的方法將在下面的段落中描述. To create the plate geometry(製作此平板): 1. 製作一個三維的(3D 的)可變形體, 使用平面類薄殼型(planar shell)的基礎特 徵(base feature)(製作零件時就要先決定的零件類型方法等). 將此零件取名為 Plate, 大小尺寸約為 4.0. 2. 在草圖環境中，使用 Create Lines: Connected 指令或者工具列中的 來畫一長度為 0.4 m 的垂直線. 按鈕 3. 先使用Create Construction: Line at an Angle指令或者工具列中的 按鈕, 來畫一與水平夾 30° 角的建構輔助線(如下圖中紫紅的虛線), 然後再透 過 Create Lines: Connected 指令或者工具列中的 按鈕來畫出這斜線.绿豆肽
4. 使用 Create Construction: Vertical Line Thru Point 指令或者工具列中的 按鈕, 來在與剛才那垂直線水平距離 1.0 m 處畫一鉛直的建構輔助線(如 下圖中紫紅的虛線). 5. 使用Create Lines: Connected 指令或者工具列中的 線的相交點來畫出這個歪斜的矩形. 最終的草圖如圖 W12–2. 按鈕, 抓取建構輔助
Figure W12–2 Sketch of the plate geometry.
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6. 在提示區, 按下 Done 按鈕結束此草圖.
W12_Defining the material, the section pr
Defining the material, the section properties, and the local material directions(定義材料, 剖面特性以及局部材料方向)
脱毛机胶棒這塊板子是一塊均質等向性的線彈性材料, 其楊氏係數 E = 30E9 Pa 蒲松比 ν = 0.3. 定義這個材料; 將之取名為 Steel. 這個結構在總體座標中的方位如圖 Figure W12–1 所示. 此總體座標(採用卡氏座標) 定義了材料的預設方向, 但是這塊板子跟這個座標系其實是歪斜的. 如果你使用這個 預設的材料方向, 當要內插其分析運算出來的結果時會變得較困難, 因為在材料的第 一方向的直接應力, σ 11 , 其中會包含有兩個軸向的應力在其中, 因為板子的彎曲而 產生的應力, 跟板子軸向的橫向應力. 如果材料的方向是
跟這個板子的軸向貼齊的話, 要內插其分析運算出來的結果時會變得較容易. 所以, 需要使用一個局部的矩形的座 標系, 將它的 x’-方向貼齊板子的長軸向(i.e., 也就是跟總體座標的第一軸成 30° 夾 角) 還有它的 y’-方向則是如圖 W12-3 所示. To define shell section properties and local material directions(定義薄殼剖 面特性以及局部的材料方向): 1. 定義一個均質的薄殼剖面特性叫做 PlateSection. 其中的薄殼厚度為 0.8E-2 並且使用 Steel 材料於此剖面特性中. 因為這個材料是現彈性材料, 所以在分析前要先給定其運算的積分點數量. 2. 將此剖面特性指定給此平板使用. 3. 如圖 W12–3 中所示一樣, 使用 Create Datum CSYS: 2 Lines 指令或者工具列 中的 按鈕來定義一個矩形基準座標.
Select this edge to be in the local x’-y’ plane
Select this edge to be along the local x’-direction
Figure W12–3 Datum coordinate system used to define local material directions.
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4. 從上方的下拉式功能表中, 選用 Assign→Material Orientation 功能選項並且 選用整個零件作為這個局部的材料座標所要施加上去的區域. 在圖形區中, 選 取剛才所製作出來的基準座標. 選取其中的 Axis-3 作為薄殼的法線方向. 這 個軸向不用再做任何旋轉.
Tip: 使用上方的下拉功能表中的 Tools→Query 功能選項, 做一下特性查詢可
以用來確認這個局部的材料方向是否指定正確. 一但這個零件建好網格, 模型中的元素也建好之後, 所有的元素中的變數都會 使用這個局部座標系來定義.
Creating an assembly, defining an analysis step, and specifying output requests(製作組裝, 定義分析步及指定輸出項)
將這個板子加入組裝中製作成一個獨立的組件(instance). 我們要在這塊板子的中間將它分割成兩半; 這樣我們可以在那裡設一個組(set). 另外 我們也要再設定組裝層級的組(sets), 在指定輸出項及定義邊界件時可以使用. To partition the plate and define geometry sets(分割此平板並定義幾何組別): 1. 在模型樹中的 Parts 中的 Plate 上快點兩下使它成為目前的工作中零件.
W12_To partition the plate and define geom
2. 使用 Partition Face: Shortest Path Between 2 Points 功能選項, 或是工具列 中的 按鈕來將此平板
分割成兩半. 使用其歪斜邊的中間點來分割此平板 如圖 W12–4.
EndB
EndA MidSpan
Figure W12–4 Partition used to define a geometry set at the plate midspan.
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3. 在模型樹中, 將 Assembly 展開然後在其中的 Sets 上快點兩下來為此中間處 製作出一個幾何組(geometry set)將之取名為MidSpan. 同樣的方式, 為左邊跟 右邊各製作出一個幾何組然後將之命名為 EndA 跟 EndB.
Tip: 將模型樹中 Assembly 之下的 Sets 處展開就可以查看有多少幾何組
W12_Step and output request.avi
(geometry set), 在其中的某個幾何組(geometry set)上快點兩下. 在圖形區中該 相對應的幾何會反白亮起來, 同時如果有需要的話也可以在這裡修改其定義.
接著, 製作一個簡單靜態解的一般性分析步. 將之取名為 Apply Pressure, 並且在 其描述欄位中輸入以下文字: Uniform pressure (20 kPa) load. 此分析步中的 其他選項都使用其預設值就好. 在輸出的部分需要的是節點位移以及元素應力作為要輸出的資料欄位. 這些資料可 以在 Visualization 模組中用來畫出模型的變形圖以及等值上彩圖. 同時也可以輸出 其中間位置處位移值的歷程資料, 這樣在 Visualization 模組中可以畫出其對時間的 X–Y 曲線圖. To change the default output requests(變更預設的輸出項目): 1. 編修輸出項欄位(field output request)讓它變成整個模型中只有節點位移跟元 素應力會被輸出, 寫入到輸出資料檔(.odb)的欄位中.
W12_Prescribing boundary conditions a
2. 編修歷史輸出項(history output request)讓它變成只有 MidSpan 幾何組中的節 點位移會被寫入到輸出資料檔(.odb)的歷史資料項裡去.
Prescribing boundary conditions and applied loads(指定邊界件 與施加負載)
如圖 W12–1 所示, 這個板子的左側是完全固定住的; 右側則是被拘束住只能沿著與 板子的長軸向相平
行的方向移動而已. 因為後者這個邊界件的方向與總體座標的 軸向並不一致, 所以我們要定一個其軸向與板子的長軸方向一致的局部座標. 然後我 們可以使用這個基準座標系來定義此局部的材料方向. To assign boundary conditions in a local coordinate system: 1. 在模型樹中的BCs 處快點兩下來在 Initial 分析步中製作一個 Displacement/Rotation 這種拘束的邊界件, 並為之命名 Rail boundary condition. 在本練習中我們要將邊界件設到組(sets)上去而不是直接在工作區中去選 取幾何來設定邊界件. 所以, 當提示要選取區域來加以設定邊界件時, 按 下提示區中的 Sets 按鈕. 2. 然後從彈出來的 Region Selection 對話框中, 選取 EndB. 同時將 Highlight selections in viewport 選項打開, 以確認有選到正確組別. 此時這塊板子的右 側會反白亮起來. 按下 Continue 按鈕.
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