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有限元分析案例,CATIA有限元拉伸分析实例教程

admin admin 发表于2024-03-01 21:07:19 浏览19 评论0

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CATIA有限元拉伸分析实例教程

有限元是一个很好的分析软件,CATIA软件里面也有简单的有限元分析,这次分享一下简单的有限元分析。
1、打开CATIA软件,新建一个PART文档,命名为拉伸;
2、选择XY平面,绘制一个直径25的圆,拉伸长度200;
3、添加材质,选择钢,然后选择应用材料,确认;可以看到树上有材料了;
4、点击开始选择分析与模拟,选择第二项静力学分析,进入 对话框,选择第一项按确认键;
5、选择底面添加约束;
6、在上平面施加向上的力10000N;
7、点击计算;确定点击YES计算完成;
8、通过计算结果,可以看到圆棒的受力情况,从而分析所施加的里是否是圆棒的屈服极限。
注意事项:
注意箭头处
注意添加材质,不同的材质计算出的结果是不一样的

实例分析:水闸结构有限元法计算方法?

水闸工程属于一种较为常见的水工建筑,能够对水位与流量的变化进行控制,在发电、防洪、灌溉、航运等方面有着十分关键的作用。按照相关统计,我国各类水闸已经建成约五万座,当中小型的水闸有四万座多,中型的水闸有三千二百八十多座,大型的水闸有四百八十座多。在目前的世界上处于第一位。
修建水闸,能够改善平原地区排涝、抗旱的能力,对当地农业发展起着促进的作用,替我国粮食的安全作出了很大的贡献。选择有限元分析方法,创立三维空间有限元模型,与此同时,还考虑地板、闸墩、与地基间互相的作用,这般得出的结果,可以比较真实、准确的反映出水闸结构的实际情况,提供科学依据给水闸的结构优化设计。所以,对水闸结构的有限元分析是有着非常重要的作用。
水闸在发电、防洪、灌溉等水电水利工程当中属于一种被广泛应用的水工建筑。在平原地区。水闸大多数是建在土基上面的,它的底板都是由地基所支撑的,闸室是由地基体系组成的空间结构所组成。
我国当前大中型的水闸设计中,典型的结构计算方式就是把闸室的底板、闸墩、工作桥等分开,做为独立的构件进行计算与分析,简化为2个方向的平面问题进行处理:
在垂直的水流方向,水闸底板用单宽的板条,根据梁进行强度的计算;在顺水流的方向,闸墩根据偏心受压悬臂梁构件,采取材料力学的方式进行计算.按照规范中常常用到的计算方式有:反力直线分布法、倒置梁法,根据地基梁半长L 与地基土可压缩层厚度H的不同比值,分为基床系数法、有限深弹性地基梁法、半无限深弹性地基梁法,这些方式共同的特征就是截板为梁,并假定地基反力沿闸室横向均匀分布,且假定地基与底板都属于弹性体,反映不出作为结构各部件受力之互相影响所造成的整体作用。开敞式的水闸通常都不会考虑闸墩上部结构工作桥的影响,虽然这些计算方法比较简单,可是每种方法使用起来都有相对的局限性,对边界条件的考虑太过简单、结构的各构件变形协调无法一致、对荷载处理太过理想化等缺点,由此力学模型得到的计算理论和现场实测量的结果与真实表现出的变形以及受力特性有一些出入。所以,建立水闸力学模型与选择切合实际的计算方式是影响着结构计算结果正确性的重要环节。对于那些复杂的受力条件的闸室结构宜视为整体结构,选择空间有限元法进行变形、应力的分析。
一、计算的原理与程序
对结构进行离散化就是有限元法分析,以有限个单元体,对结构进行离散化,从而替代原先的连续体结构,从而分析变形应力。这部分单元体只会在节点处有力的联系,材料的应变{ε}与 应力{σ}关系可表现为:
{σ}=[D]{ε} (1)
[D]为刚度矩阵,由虚位移原理能够设立单元体的节点位移和节点力之间的关系,写出总体虚功方程:
[K]{δ}={R} (2)
{R}为施加的节点荷载列阵,{δ}为待求的节点位移列阵,[K]为劲度矩阵,将荷载作用于节点可用共识(2)求出位移,采用公式(1)计算出应力与应变。这套原理不但适用于弹性体,还可以适合弹塑性体。在线弹性结构当中,矩阵[K]、[D]是常量,可是如果在弹塑性模型当中,不再是常量,矩阵[D]、[K]为变量,[D]=[D]ep 属于弹塑性模型矩阵,以塑性理论来确定。经由整体分析、单元分析过程能够求出结构应力,本文分析所采用的是ANSYS程序。
二、计算的模型
为了可以很好反映出闸室与地基不一样材料的特性,分析的时候对闸室使用普通的弹性单元,基础所采用的是弹塑性模型,Druck—Prager 屈服准则(这里简称为D-P 准则),ANSYS程序内部对地基可以选择D-P材料选项,选择D-P屈服准则来判断屈服,Druck—Prager 屈服面是Mohr-Coulomb 屈服面的外接圆锥,屈服面并不会随着材料的逐渐屈服而发生改变,塑性行为为理想弹塑性,这准则对体应变能、平均应力、偏应力第二不变量与形状改变能的屈服准则同时进行考虑,其屈服函数为:
该式中:α、K:D-P 准则的材料常数;I1:应力状态的第一不变量;J2:应力偏量的第二不变量;以塑性变形的条件,能够推导得D-P 准则的材料常数α、K 和M-C准则的材料常数C、φ间的关系是:
该式中:C 为凝聚力,Φ为内摩擦角,参数以试验决定。在这次有限元的分析当中,全部实体的单元都是选择SOLLD45六面体单元模拟,单元通过八个节点来定义,每一个节点有三个沿Z、X、Y方向的自由度,而且具备膨胀、塑性、应力强化的变形能力。地基选择D—P 本构模型进行模拟,闸室中砼结构选择线弹性体的材料模型进行模拟。
三、应用实例分析
1、基础资料
以黄山洞水库灌区城陂分水闸为例,采取整体空间有限元分析,这个水闸是2孔的开敞式水闸,其闸室长度7米,宽度12.4米,每个孔墩高6.7米,净宽5米,底板厚1.2米。以砂卵石地基为基础,材料变形的模量E=31MPa,凝聚力C=0,泊松比μ=0.2,内摩擦角Φ=300,闸室砼为C25,泊松比μ=0.3,弹性横量E=25GPa,混凝土容重γ=24KN/m3,水闸上游正常蓄水位34.40米,校核洪水位36.39米,闸底高程31.40米。
2、计算的工况
工况1(完建期):自重作用;
工况2(运行期正常蓄水位):自重、闸门推力、水压力、扬压力;
工况3(运行期校核洪水位):自重、闸门推力、水压力、扬压力。
3、划分网格
要建立水闸静力整体计算有限元模型,对闸墩、工作桥、地基都要按照实体单元进行处理,以闸室为结构重点计算进行考虑,故在闸室部分网格划分较密,和闸室相连以外的基础部分比较稀疏,整个模型计算区域共计离散为4152个单元与5635个节点,地基模型在闸室边界的两侧以及基础以下各自延伸十米做为模型边界,如图1(坐标系:原点处于闸室模型下游地基角点的位置,X轴由左岸至右岸,Y轴为铅垂向,Z轴沿水流向。)
相信经过以上的介绍,大家对实例分析:水闸结构有限元法计算方法也是有了一定的认识。欢迎登陆中达咨询,查询更多相关信息。
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【有限元】案例讲解结构非线性仿真不收敛解决技巧

可爱多

主要通过分析一个扬声器Kms(x)仿真不收敛的解决案例,来讨论下有限元非线性计算时应该注意的事项,以及非线性计算时求解器设置。供各位参考。

昨天一个朋友用comsol分析一款支片(弹波)的Kms(x)时,用最大位移5mm计算时,收到一个错误提示:“达到最大牛顿迭代次数”。只能计算到2mm。我花了点时间帮助他解决了一下。就以此为案例,解剖下麻雀。

Comsol复杂模型的默认网格划分/默认求解能力和非线性的计算能力相比较与其他软件如Ansys或者ABAQUS是存在一定差距的,所以网格和求解器在求解复杂非线性模型时需要根据有限元计算理论进行一定的手动调整。

首先介绍下,Kms(x)的仿真分析大致有两种思路:1.给定一个力,然后计算位移 ,力/位移就是Kms。2.给定一个位移,然后计算其他刚性部件的反作用力,力/位移就是Kms。这两种思路对应的有限元软件内部算法也略有差异,不过一般使用专业软件不需要考虑那么深。

以下讨论的解决技巧不局限于comsol,对其他软件进行非线性仿真时出现不收敛也是适用的。

我的解决思路是这样的:

1.检查结果。支片在2mm时显然未拉伸至最大,所以不是因为变形过大造成不收敛。

2.检查求解记录。通过查看求解器的收敛曲线,发现未相对误差经过25次迭代之后未达到0.001,从而显示不收敛。

3.检查参数。这个案例用的是给定一个位移,然后计算反作用力的方法。Comsol采用参数化扫描时,需要避开位移0点,否则Kms计算会出错。所以位移设置修改为从-5.01mm计算到5mm。

4.检查物理场边界/载荷设置。加载位移时,除需要计算方向指定位移外,将其他方向的位移设置为0。防止计算误差导致在理论上不可能有位移的方向移动。

5.检查网格。网格足够密。适当调稀疏了点,够用就好。

6.检查求解器设置。这是这个案例最关键的部分。首先将最大迭代数从默认25修改为50,发现相对误差还是大于0.001。所以再考虑将相对容差从默认0.001调整为0.002,当然这个会损失一定的精度。具体见下面的图。

7.顺利求解完成。从结果来看,精度的损失是可以接收的,Kms(x)曲线光滑且走势符合预期。当然其中经过多次参数尝试和调整。不过大体思路就是这样。遇到类似问题的朋友也可以照此解决。

最后,以comsol的结构非线性求解为例,大体讲解下求解器的相关设置。有兴趣的可以按下F1多看看官方的帮助文档,这个是最专业的。

默认采用的是直接求解法,存在多个求解器。直接法一般是通过牛顿迭代法,转化为线性问题,然后直接暴力展开矩阵求解。这种方法比较稳定,鲁棒性强,不过内存占用较多。

也可以修改为迭代求解,同样存在多个求解器。相对直接求解,可以减少内存开销,计算速度一般情况下会略快。不过相对更容易不收敛,不如直接法稳定。需要一个比较好的初始预估值,不然结果容易发散。

考虑不同非线性程度,可以考虑不同的非线性方法。默认就是定常的牛顿法。形状畸变比较严重的结构,需要考虑使用比如自动高度非线性牛顿法。遇到不收敛的情况,有时也需要适当调整阻尼因子,以增加收敛性和鲁棒性。

通常情况下非线性不收敛可以参考本案例,检查好参数/物理场设置/网格/求解器即可。求解器优先选用默认的直接法求解,遇到问题优先调整迭代次数,还有问题再调整相对容差,最后再考虑更换求解方式或者调整其他参数。当然具体需要结合收敛曲线分析判断。

ANSYS案例——20例ANSYS经典实例】

高耀东编著《ANSYS18_2有限元分析与应用实例》
用ANSYS软件提取单元及结构刚度矩阵

用SOLID185单元分析悬臂梁的剪切闭锁

厚壁圆筒的体积闭锁分析

观察沙漏

平面桁架的受力分析

关键点和线的创建实例——正弦曲线

一些特殊线的创建。包括:过一个已知关键点作一个已知圆弧的切线、作两条圆弧的公切线、作一组折线、按函数关系作曲线——正弦曲线、圆锥阿基米德螺旋线、圆锥对数螺旋线和创建椭圆线

圆柱面的创建

按函数关系作曲面——双曲抛物面

体的创建及工作平面的应用实例——相交圆柱体

复杂形状实体的创建实例——螺栓

斜齿圆柱齿轮的创建

直齿锥齿轮齿廓曲面的创建

几何模型的单元划分实例——面

回转体、底座、直齿圆柱齿轮轮齿、容器接管

LINK11单元的应用

BEAM188、BEAM189单元的应用——基本应用、约束扭转、创建渐变截面梁、自定义梁截面——双金属片

PLANE182、PLANE183单元的应用——平面应力问题、轴对称问题

循环对称结构在离心力作用下的应力和变形分析

SHELL181单元的应用——基本应用、用绑定接触创建有限元模型

实例

受压薄板

受压薄板

对称性应用实例——作用任意载荷的对称结构

均匀分布的压力载荷、线性分布的压力载荷

在容器中施加静水压力

用表格数组进行函数加载——静水压力

用函数编辑器定义表面载荷

转矩的施加

在单个螺栓联接施加预紧力载荷、汽缸缸体和端盖间螺纹联接的受力分析

作刚架的弯矩图

计算实体单元某个面上的剪力、弯矩等内力

展成法加工齿轮模拟

圆轴扭转分析

复杂静定桁架的内力计算

悬臂梁的静力学分析

空间桁架桥的静力学分析

连续梁的内力计算

用自由度释放创建梁单元的铰接连接

薄板弯曲问题的理论解和有限元解的对比

壳单元结果与其他类型单元结果的对比—简支梁

平面问题的求解实例—厚壁圆筒问题

空间问题的求解实例—扳手的受力分析

用实体单元计算转轴的应力

在连杆上施加轴承载荷

均匀直杆的固有频率分析

斜齿圆柱齿轮的固有频率分析

有预应力模态分析实例—弦的横向振动

循环对称结构模态分析实例——转子的固有频率分析

完全法分析实例——单自由度系统的受迫振动

模态叠加法分析实例——悬臂梁的受迫振动

瞬态动力学分析实例——凸轮机构

施加初始条件——将单自由度系统的质点从平衡位置拨开

施加初始条件实例——抛物运动

瞬态动力学分析实例——连杆机构的运动学分析

瞬态动力学分析实例——车辆通过桥梁

谱分析实例——地震谱作用下的结构响应分析

结构非线性分析——盘形弹簧载荷和变形关系分析

特征值屈曲分析实例——压杆稳定性问题

非线性屈曲分析实例——悬臂梁

材料非线性分析实例——自增强厚壁圆筒承载能力研究

材料蠕变分析实例——受拉平板

接触分析实例——平行圆柱体承受法向载荷时的接触应力分析

接触分析实例——组合厚壁圆筒

非线性分析实例——将钢板卷制成圆筒(柔体-柔体接触)

非线性分析实例——将钢板卷制成圆筒(刚体-柔体接触)

接触分析实例——斜齿圆柱齿轮传动分析

利用MPC技术对SOLID-SHELL单元进行连接实例——简支梁

单元生死技术应用——厚壁圆筒自增强后精加工

单元生死技术应用——焊接模拟

单元生死技术应用——隧道开挖

水箱

在结构上直接施加温度载荷进行热应力计算——双金属片

用直接法计算热应力实例——液体管路

用多物理场求解器(MFS方案)计算热应力——液体管路

运用CFX软件分析冷热水混合三通管

运用单向流固耦合分析水流通过变径管

用表格型数组施加载荷——施加随位置变化的压力载荷

用表格型数组施加载荷实例——施加随时间变化的力载荷

简谐响应的迭加——结构同时作用多个正弦载荷时的响应分析

宏的创建实例——计算实体的体积、面积、长度

优化设计实例——液压支架四连杆机构尺寸优化

非线性有限元分析之超弹模型neo-Hookean

在结构有限元分析中,常会遇到如橡胶、生物组织等非金属材料。由于这些材料的力学性能和金属材料的力学性能有着巨大区别,如大弹性变形,不可压缩性,粘弹性等等。力学家和工程师们将这些材料统称为超弹(Hyperelastic)材料,并将描述这类材料的力学模型称之为超弹模型。

这些超弹材料(模型)都有显著的特征:

能承受很大的弹性(可恢复)变形,有时应变最高可达10倍。

超弹材料几乎是不可压缩的。因为变形是通过材料分子链的拉直引起, 所以在外加应力作用下的体积变化很小。

应力-应变关系呈现出高度的非线性 。通常, 拉伸状态下, 材料先软化再硬化,而压缩时材料急剧硬化。

为了预测和分析这些超弹材料的力学性能,力学家们提出了很多模型。常见的超弹模型有:Neo-Hookean, Mooney-Rivlin, Odgen, Arruda-Boyce, Gent, Yeoh, Blatz-Ko等等。目前无论是各种橡胶制品(如密封圈),生物材料(如肌肉),到电影虚拟渲染(CG)都大量用到了这些模型。WELSIM也已经基本支持了这些模型。 今天我们就来详细介绍一下neo-Hookean 。

Neo-Hookean模型

Ronald Rivlin(1915-2005)在1948年提出,此Rivlin同时也是提出著名Mooney-Rivlin超弹模型的Rivlin。可以看出neo-Hookean并不是以人名命名的模型。这位出生于英国的力学家早年本科毕业于英国剑桥著名的圣约翰学院(St. John’s Colleage),毕业后没多久就经历了第二次世界大战,先后在通用电气,英国飞机制造局,大不列颠橡胶制造研究所工作过,并对橡胶的研究展现出极大的兴趣和成就。37岁获得博士学位。后移居美国并先后在布朗大学(Brown University)和里海大学(Lehigh University)任教。

Neo-Hookean模型是所有常用超弹模型中具有最简单形式的一个。其弹性应变能势能表达式为

其中,u是初始剪切模量。D1是材料不可压缩参数。可以发现,模型是以应变张量不变量I_1为基础的应变能函数。如果材料假设为不可压缩材料,则J=1,第二项为0。

Neo-Hookean模型是基于经典的统计热动力学结果推导而出。这点和我们之前介绍的Arruda-Boyce模型是类似的。当Arruda-Boyce模型中的有限网格拉伸参数为无限大时,就等同于neo-Hookean。同时,此模型可以看作是多项式(Polynomial)模型的一种特殊形式。对于多项式模型参数N=1,C01=0时,多项式模型等同于neo-Hookean。

Neo-Hookean模型是一个定常剪切模型, 一般它只适用于近似预测30 %~40 % 的单轴拉伸和80 %~90 %的纯剪的橡胶力学行为 。而对大载荷下的大应变的超弹变型并不是很准确。尽管此模型不如其他模型适用范围广,特别对于在大应变或拉伸的工况。但是Neo-Hookean模型也有几个优越之处:

(1)简单。只有2个输入参数。如果材料为不可压缩假设,则只需要1个参数:初始剪切模量。由于只需从试验数据中得到一个常数,因而所需的试验量少。

(2)通用性强。通过一种变形方式下得到的应力应变曲线所拟合的材料常数,可以能用来预测其他变形方式的应力应变曲线。尤其是小、中应变工况。

值得注意的是neo-Hookean由于其模型简单,计算量小,不仅应用于科学计算。现代电影工业的电脑制作中也有不少超弹体的应用,neo-Hookean超弹模型已经大量应用于电影制作中。如图,手部运动过程,用neo-Hookean模型计算得出的肌肉与皮肤变化过程显得极为自然。

如使用neo-Hookean算法所生成的动画对比,右图为含有neo-Hookean模型的弹性糖果变形电脑渲染,看起来其弹性变化真实一些。

Neo-Hookean有限元分析实例

下面我们使用有限元软件WELSIM中的neo-Hookean材料来模拟柔性管材受拉伸作用时的变形状况,取全模型进行建模,在一侧位置施加位移,计算得到位移与应力状态。

分析步骤:

(1)设置单位制为公制kg-mm,并创建结构静力学分析工程。

(2)设置材料属性。

新建一个材料。双击此材料节点,进入编辑模式,从超弹材料属性中,加入Neo-Hookean属性。并分别赋值:Mu=1.5 MPa, D1=10 MPa^-1。定义完成后可以在曲线窗口看到对应模型的应力应变曲线。修改材料节点名称为neoHookeanMat。



(3)建立模型。

圆管被视为圆柱形,内径为3mm,外径为4.4mm,长度为15mm。

(4)划分网格:

设置最大单元尺寸为0.3mm,并使用高阶的单元。网格划分后得到28898个节点,14570个Tet10单元。

(5)施加约束及载荷

固定软管的一端,使其U1,U2,U3等于0。在软管的另一端端面施加Z方向 的水平拉力,大小为1N。

(6)求解设置,计算,及结果后处理。

为了便于收敛,设置3个子步。然后点击求解按钮进行计算。软管的Z方向的位移和等效应力如图所示。

在软管的固定端部位是最大应力的发生部位,最大应力为0.63MPa。

在有限元软件出现之前,材料非线性的计算与预测都比较复杂,手工计算超弹材料的变形与应力要花费很多的时间和工作。现在有了有限元软件,非线性材料的分析工作变得更快捷、准确、有趣了。

最后,附上操作视频,供大家参考。

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内容简介
内容丰富,重点突出,强调知识的实用性,几乎每章中都配有大量实用的例题,便于读者模仿学习,另外每章配有习题供读者练习。大部分实例都有详细的软件、硬件配置清单,并配有接线图和程序。《S7-300/400PLC基础与案例精选》的配套资源中有重点内容的程序和操作视频资料。

ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用的目录

第二版前言第一版前言第1篇 ANSYS结构有限元分析基础第1章 ANSYS有限元分析基础1.1 ANSYS程序的理论背景和分析功能综述1.1.1 ANSYS程序的理论背景1.1.2 结构有限元分析的基本过程与问题1.1.3 ANSYS程序结构分析能力概述1.2 ANSYS程序的基本使用入门(一)1.2.1 使用ANSYS分析问题的一般流程1.2.2 ANSYS的界面布局、程序架构及两种操作方式1.2.3 最常用的ANSYS界面操作1.3 ANSYS程序的基本使用入门(二)1.3.1 直接法建立有限元模型1.3.2 由几何模型到有限元网格——间接建模法1.3.3 加载、多工况静力分析及后处理初步1.4 APDL语言及参数化分析1.5 ANSYS常见问题及操作技巧1.5.1 与前后处理相关的问题1.5.2 与加载相关的问题1.5.3 获取函数、定制工具条及ANSYS的暂停第2章 桁架杆系有限元分析及ANSYS实例2.1 桁架杆系有限元分析的概念2.2 可用于桁架分析的ANSYS单元2.2.1 Link1单元特性简介2.2.2 LINK8单元特性简介2.2.3 LINK10单元特性简介2.3 分析实例:平板网架结构的静力分析第3章 梁系结构分析方法及ANSYS实例3.1 梁系结构有限元分析提要3.2 ANSYS中的梁单元概述3.2.1 BEAM3单元特性介绍3.2.2 BEAM4单元特性介绍3.2.3 BEAM188和BEAM189梁单元特性简介3.3 分析实例:ANSYS各类梁单元的综合应用3.3.1 刚铰混合结构的内力图3.3.2 三向交叉梁系的计算3.3.3 施工防护结构中的承重桁架分析第4章 弹性平面问题的有限元分析及ANSYS算例4.1 弹性平面问题有限元分析的基本方法4.2 ANSYS提供的平面问题单元4.3 分析实例:独立重力坝的静力分析第5章 轴对称问题的有限元分析及ANSYS算例5.1 ANSYS轴对称问题分析提要5.2 分析实例:厚球壳的轴对称分析第6章 三维实体结构的ANSYS分析及算例6.1 三维实体结构ANSYS有限元分析提要6.2 分析实例:网架焊接空心球节点的受力分析第7章 板壳结构的ANSYS分析及算例7.1 板壳结构ANSYS有限元分析提要7.2 分析实例:圆柱壳屋面结构的静力分析7.3 分析实例:板梁结构中梁截面的偏置第2篇 ANSYS结构分析专题第8章 ANSYS结构动力分析专题8.1 ANSYS结构动力分析概述8.1.1 模态分析及其ANSYS实现过程8.1.2 谐响应分析8.1.3 瞬态动力学分析8.1.4 谱分析8.2 ANSYS模态分析例题:几何刚度对梁自振特性的影响8.3 谐响应分析例题:不同激励模式谐振响应的比较8.4 瞬态分析的例题:移动载荷作用下的吊车梁8.5 谱分析例题:悬臂结构地震响应谱分析第9章 ANSYS结构非线性分析专题9.1 ANSYS结构非线性分析概述9.1.1 结构非线性问题的几种类型9.1.2 非线性问题的一般分析方法9.1.3 ANSYS结构非线性分析的过程与选项9.2 接触问题的分析方法9.2.1 接触问题概述9.2.2 ANSYS的接触分析功能9.2.3 ANSYS接触分析流程及接触向导的使用9.3 几何非线性例题:油罐底效应的简化分析9.3.1 问题描述9.3.2 ANSYS分析全过程9.3.3 ANSYS分析命令流9.4 材料非线性例题:钢筋混凝土梁的分析9.5 接触分析例题:插销拨拉过程的接触分析第10章 结构的稳定性分析方法及ANSYS范例10.1 ANSYS结构稳定性分析的基本概念10.2 工字梁的特征值屈曲分析10.2.1 建立分析模型10.2.2 特征值屈曲分析与结果显示10.3 工字梁的非线性屈曲分析第11章 ANSYS结构最优化设计11.1 优化设计问题的数学表述与ANSYS优化设计流程11.2 分析实例:平板网架结构的优化设计第12章 子结构技术简介12.1 子结构分析的概念12.2 ANSYS子结构分析的步骤12.2.1 生成部分12.2.2 使用部分12.2.3 扩展部分12.3 子结构分析例题:空腹梁12.3.1 问题描述12.3.2 分析过程第3篇 工程范例精选第13章 框架-剪力墙结构的分析13.1 分析对象简介13.2 框架-剪力墙结构的模型建立13.2.1 结构建模的总体规划13.2.2 几何模型的建立13.2.3 划分网格13.3 重力载荷和风载荷作用下的结构响应13.3.1 计算重力载荷作用下的结构响应13.3.2 风载荷作用下的结构响应13.4 结构模态分析13.5 地震作用下结构的弹性时程分析13.5.1 计算地震作用瞬态解13.5.2 观察地震作用结构响应第14章 海洋石油平台结构的动力分析14.1 海洋平台结构简介14.2 平台结构的模型建立14.2.1 结构建模的总体规划14.2.2 几何模型的建立14.2.3 划分网格14.3 海洋平台结构的模态分析14.3.1 计算模态解14.3.2 结果观察与分析14.4 海洋平台谐响应分析14.5 冰载荷作用下海洋平台结构响应14.5.1 获得瞬态分析解14.5.2 观察结果14.6 波浪载荷作用下海洋平台随机振动分析14.6.1 ANSYS随机振动分析简介14.6.2 波浪载荷简介14.6.3 获得谱解14.6.4 合并模态14.6.5 计算响应的功率谱密度第15章 大跨空间结构的建模与分析15.1 大跨空间结构的ANSYS建模与分析概述15.2 施威德勒型球面网壳的建模过程详解15.3 网壳结构的固有振动特性分析15.4 特征值屈曲分析15.5 考虑初始缺陷的非线性屈曲分析附录A ANSYS的程序模块、启动器以及几何建模专题A.1 ANSYS11.0的主要产品模块A.2 ANSYS产品启动器A.3 ANSYS经典环境建模操作专题附录B 部分结构单元的形函数B.1 一维单元B.2 二维单元B.3 三维单元附录C ANSYS结构分析常用命令参考

ABAQUS非线性有限元分析与实例的内容简介

《ABAQUS非线性有限元分析与实例》是ABAQUS软件应用的实例教材,结合有限元的基本理论和数值计算方法,通过一系列的相关例题和讨论,介绍了ABAQUS软件的主要内容。书中系统地讲解了编写输入数据文件和前处理的要领,对输出文件进行分析和后处理的方法,并系统地讲述了一些应用在土木、材料、机械和铁道工程的实例。为了帮助二次开发,详细地讲解了如何编写用忘掉材料子程序UMAT和单元子程序UEL。因此,《ABAQUS非线性有限元分析与实例》可作为工程师应用有限元软件进行力学分析和结构设计的手册,也可作为力学和工程专业研究生和本科生的有限元数值计算课的参考教材。《ABAQUS非线性有限元分析与实例》适合高校理工科教师、科研人员、工科本科生和研究生、从事设计和有限元分析的工程师等人阅读。目录第1章 引言 1.1 hks与abaqus 1.2 有限元著作和软件的发展历史 1.3 有限元带来设计的革命 1.4 在设计中应用abaqus 1.5 abaqusutkk 1.5.1 abaqus软件产品 1.5.2 abaqus文档 1.6 有限元法制简单回顾 1.6.1 使用隐式方法求解位移 1.6.2 应力波传播的描述 1.7 abaqus描述实践教程 1.7.1 本书内容 1.7.2 本书中的一些约定 1.7.3 鼠标的基本操作 1.7.4 本书上篇中的有关章节 第2章 abaqus基础 2.1 abaqus分析模型的组成 2.2 abaqus/cae简介 2.2.1 启动abaqus/cae.2.2.2 主窗口的组成部分   2.2.3 什么是功能模块   2.3 例题:用abaqus/cae生成桥式吊架模型   2.3.1 量纲   2.3.2 创建部件   2.3.3 创建材料   2.3.4 定义和赋予截面(section)特性   2.3.5 定义装配   2.3.6 设置分析过程   2.3.7 在模型上施加边界条件和载荷   2.3.8 模型的网络剖分   2.3.9 创建一个分析作业   2.3.10 检查模型   2.3.11 运行分析   2.3.12 用abaqus/cae进行后处理   2.3.13 应用abaqus/explicit重新运行分析   2.3.14 对动态分析的结果进行后处理   2.4 比较隐式与显式过程   2.4.1 在隐式和显式分析之间选择   2.4.2 在隐式和显式分析中网格加密的成本   小结   第3章 有限单元和刚性体   3.1 有限单元   3.1.1 单元的表征   3.1.2 实体单元   3.1.3 壳单元   3.1.4 梁单元   3.1.5 桁架单元   3.2 刚性体   3.2.1 确定何时使用刚性体   3.2.2 刚性体部件   3.2.3 刚性单元   3.3 质量和转动惯量单元   3.4 弹簧和减振器单元   小结   第4章 应用实体单元   4.1 单元的数学描述和积分   4.1.1 完全积分   4.1.2 减缩积分   4.1.3 非协调单元   4.1.4 杂交单元   4.2 选择实体单元   4.3 例题:连接环   4.3.1 前处理——应用abaqus/cae建模   4.3.2 后处理——结果可视化   4.3.3 用abaqus/explicit重新进行分析   4.3.4 后处理动力学分析结果   4.4 网格收敛性   4.5 例题:像胶块中的(abaqus/explicit)   4.5.1 前处理——abaqus/cae创建模型   4.5.2 后处理   4.5.3 改变网格的效果   4.6 相关的abauqus例题   4.7 建议阅读的文献   小结   第5章 应用壳单元   5.1 单元几何尺寸   5.1.1 壳体厚度和截面点(section points)   5.1.2 壳法线和壳面   5.1.3 壳的初始曲率   5.1.4 参考面的偏移(referance surface offset)   5.2 壳体公式——厚壳或薄壳   5.3 壳的材料方向   5.3.1 默认的局部材料方向   5.3.2 建立可变的材料方向   5.4 选择壳单元   5.5 例题:斜板   5.5.1 前处理——用abaqus/cae建立模型   5.5.2 后处理   5.6 相关的abaqus/cae例题   5.7 建议阅读的文献   小结   第6章 应用梁单元   6.1 梁横截面几何   6.1.1 形状截面点(section points)   6.1.2 横截面方向   6.1.3 梁单元曲率   6.1.4 梁截面的节点偏移   6.2 计算公式和积分   6.2.1 剪切变形   6.2.2 扭转响应——翘曲   6.3 选择梁单元   6.4 例题:货物吊车   6.4.1 前处理——abaqus/cae创建模型   6.4.2 后处理   6.5 相关的abaqus例子   6.6 建议阅读的文献   小结   第7章 线性动态分析   7.1 引言   7.1.1 固有频率和模态   7.1.2 振型叠加   7.2 阻尼   7.2.1 在abaqus/standard中阻尼的定义   7.2.2 选择阻尼值   7.3 单元选择   7.4 动态问题的网格剖分   7.5 例题:货物吊车——动态载荷   7.5.1 修改模型   7.5.2 结果   7.5.3 后处理   7.6 模态数量的影响   7.7 阻尼的影响   7.8 志直接时间积分的比较   7.9 其他的动态过程   7.9.1 线性模态法的动态分析   7.9.2 非线性动态分析   7.10 相关的abaqus的例子   7.11建议阅读的文献   小结   第8章 非线性   8.1 非线性的来源   8.1.1 材料非线性   8.1.2 边界非线性   8.1.3 几何非线性   8.2 非线性问题的求解   8.2.1 分析步、增量步和迭代步   8.2.2 abaqus/standard中的平衡迭代和收敛   8.2.3 abaqus/standard中的自动增量控制   8.3 在abaqus/cae分析中包含非线性   8.3.1 几何非线性   8.3.2 材料非线性一   8.3.3 边界非线性   8.4 例题:非线性斜板   8.4.1 修改模型   8.4.2 作业诊断   8.4.3 后处理   8.4.4 用abaqus/explicit运行分析   8.5 相关的abaqus例子   8.6 建议阅读的文献   小结   第9章 显式非线性动态分析   9.1 abaqus/explicit适用的问题类型   9.2 动力学显式有限元方法   9.2.1 显式时间积分   9.2.2 比较隐式和显式时间积分程序   9.2.3 显式时间积分方法的优越性   9.3 自动时间增量和稳定性   9.3.1 显式方法的条件稳定性   9.3.2 稳定性限制的定义   9.3.3在abaqus/explicit中的完全自动时间增量与固定时间增量   9.3.4 质量缩放以控制时间增量   9.3.5 材料对稳定极限的影响   9.3.6 网格对稳定极限的影响   9.3.7 数值不稳定性   9.4 例题:在棒中的应力波传播   9.4.1 前处理——abaqus/cae创建模型   9.4.2 后处理   9.4.3 网格对稳定时间增量和cpu时间的影响   9.4.4 材料对稳定时间增量和cpu时间的影响   9.5 动态振荡的阻尼   9.5.1 体粘性   9.5.2 粘性压力   9.5.3 材料阻尼   9.5.4 离散的减振器   9.6 能量平衡   9.6.1 能量平衡的表述   9.6.2 能量平衡的输出   9.7 弹簧和减振器的潜在不稳定性   9.7.1 确定稳定时间增量   9.7.2 识别非稳定性   9.7.3 消除不稳定性   小结   第10章 材料   10.1 在abaqus中定义材料   10.2 延性金属的塑性   10.2.1 延性金属的塑性性质   10.2.2 有限变形应力和应变度量   10.2.3 在abaqus中定义塑性   10.3 弹-塑性问题的单元的选取   10.4 例题2:连接不的塑性   10.4.1 修改模型   10.4.2作业监控和诊断   10.4.3 对结果进行后处理   10.4.4 在材料模型中加入硬化特性   10.4.5 运行考虑塑性硬化的分析   10.4.6 对结果进行后处理   10.5 例题:加强板承受爆炸载荷   10.5.1 前处理——用abaqus/cae创建模型   10.5.2 后处理   10.5.3 分析的回顾   10.6 超弹性   10.6.1 引言   10.6.2 可压缩性   10.6.3 应变势能   10.6.4 应用试验数据定义超弹性行为   10.7 例题:轴对称像胶支座   10.7.1 对称性   10.7.2 前处理——应用abaqus/cae创建模型   10.7.3 后处理   10.8 大变形的网格设计   10.9 减少体积自锁的技术   10.10 相关的abaqus例题   10.11 建议阅读的文献   小结   第11章 多步骤分析   11.1 一般分析过程   11.1.1 在一般分析步中的时间   11.1.2 在一般分析步中指定载荷   11.2 线性摄动分析   11.2.1 在线性摄动分析步中指定时间   11.2.2 在线性摄动分析步中指定载荷   11.3 例题:管道系统的振动   11.3.1 前处理——用abaqus/cae创建模型   11.3.2 对作业的监控   11.3.3 后处理   11.4 重启动分析   11.4.1 重启动和状态文件   11.4.2 重启动一个分析   11.5 例题:重启动管道的振动分析   11.5.1 创建一个重启动分析模型   11.5.2 监控作业   11.5.3 对重启动分析的结果作后处理   11.6 相关的abaqus例题   小结   第12章 接触   12.1 abaqus接触功能概述   12.2 定义接触面   12.3 接触面间的相互作用   12.3.1 接触面的法向行为   12.3.2 表面的滑动   12.3.3 摩擦模型   12.3.4 其他接触相互作用选项   12.3.5 基于表面的约束   12.4 在abaqus/standard中定义接触   12.4.1 接触相互作用   12.4.2 从属(slave)和主控(master)表面   12.4.3 小滑动与有限滑动   12.4.4 单元选择   12.4.5 接触算法   12.5 在abaqus/standard中的刚性表面模拟问题   12.6 abaqus/standard例题:凹槽成型   12.6.1 前处理——用abaqus/cae 建模   12.6.2 监视作业   12.6.3 abaqus/standard接触分析的故障检测   12.6.4 后处理   12.7 在abaqus/explicit中定义接触   12.8 abaqus/explicit建模中需要考虑的问题   12.8.1 正确定义表面   12.8.2 模型的过约束   12.8.3 网格细化   12.8.4 初始过盈接触   12.9 abaqus/explicit例题:电路板跌落试验   12.9.1 前处理——用abaqus/cae建模   12.9.2 后处理   12.10 综合例题:筒的挤压   12.10.1 前处理——用abaqus/cae创建模型   12.10.2 屈曲分析的结果   12.10.3 修改模型的创建筒的挤压分析   12.10.4 挤压分析的结果   12.11 abaqus/standard和abaqus/explicit的比较   12.12 相关的abaqus例题   12.13 建议阅读的文献   小结   第13章 abaqus/standard准静态分析   13.1 显式动态问题类比   13.2 加载速率   13.2.1 光滑幅值曲线   13.2.2 结构问题   13.2.3 金属成型问题   13.3 质量放大   13.4 能量平衡   13.5 例题:abaqus/standard凹槽成型   13.5.1 前处理——应用abaqus/standard重新运算模型   13.5.2 成型分析——尝试2   13.5.3 两次成型尝试的讨论   13.5.4 加速分析的方法   小结   下篇 abaqus应用实例   第14章 abaqus在土木工程中的应用(一)   14.1 问题描述   14.2 斜拉桥建模   14.2.1 桥塔建模   14.2.2 拉索建模   14.2.3 桥面体系   14.2.4 数值方法的选取   14.3 静力分析和施工过程仿零点   14.3.1 常规方式的静力分析   14.3.2 逐段加载   14.4 动态分析   14.4.1 模态分析   14.4.2 地震反应时程分析   第15章 abaqus在土木工程中的应用(二)   15.1 钢筋混凝土圆柱形结构的倾倒分析   15.1.1 分析模型   15.1.2 abaqus混凝土本构模型   15.1.3 混凝土中的加强筋   15.1.4 分析结果   15.2 牙轮钻砂破岩过程模拟   15.3 大型储液罐的动力分析   15.3.1 问题描述   15.3.2 储液罐有限元模型   15.3.3 附加质量公式和单元模型   15.3.4 动力响应分析过程   15.3.5动力响应分析结果与讨论   第16章 abaqus多场耦合问题工程实例   16.1 一种新型高速客车空气弹簧的非线性有限元分析   16.1.1 前言   16.1.2 cad模型和abaqus有限元模型   16.1.3 空气弹簧的有限元计算结果与分析   16.1.4 计算结果和分析   16.2 多场耦合问题在水坝工程中的应用两例   16.2.1 变形场——温度场——渗流场分析(thm分析)及堆石坝实例   16.2.2 掺mgo混凝土失坝的施工/运行仿真分析(tcm分析)   16.2.3 小结   16.3 复合材料层合板固化过程中的化学场、温度场耦合问题   16.3.1 前言   16.3.2 abaqus有限元模型   16.3.3 材料属性   16.3.4 初始条件和边界条件   16.3.5 用户子程序   16.3.6 结果与分析   第17章 abaqus在焊接工业中的应用   17.1 用abaqus软件进行插销试验焊接温度场分析   17.1.1 平板焊接温度场有限元分析及实测对比   17.1.2 插销试验的温度场   17.2 焊接接头氢扩散数值模拟   17.2.1 接头扩散过程的几项基本假设   17.2.2 初始条件和边界条件   17.2.3 焊接接头   第18章 像胶超弹性材料的应用实例   18.1 问题简介   18.2 像胶各种本构关系模型   18.2.1 超弹性模型本构关系基本理论   18.2.2 各类超弹性本构模型   18.2.3 小结   18.3 过盈配合平面应力正气小变形解   18.4 过盈配合平面应力下的大变形解   18.5 体积刚度及泊松比对过盈配合的影响   18.5.1 体积刚度对过盈配合的影响   18.5.2 泊松比对过盈配合的影响   第19章 abaqus用户材料子程序(umat)   19.1 引言   19.2 模型的数学描述   19.2.1 johnson-cook强化模型简介   19.2.2 率相关塑性的基本公式   19.2.3 完全隐式的应力更新算法   19.3 abaqus用户村料子程序   19.3.1 子程序概况与接口   19.3.2 编程   19.4 shpb实验的有限元模拟   19.4.1 分离式hopkinson压杆(shpb)实验   19.4.2 有限元建模   19.4.3 二维动态分析   19.4.4 三维动态分析   19.5 umat的fortran程序   19.5.1 umat   19.5.2 umatht(包含材料的热行为)   第20章 abaqus用户单元子程序(uel)   20.1 非线性索单元   20.1.1 背景   20.1.2 基本公式   20.1.3 应用举例   20.1.4 非线性索单元用户子程序   20.2 利用abaqus用户单元计算应变梯度塑性问题   20.2.1 两种应变梯度理论   20.2.2 abaqus用户单元的使用   20.2.3 有限元计算的结果

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本书以多个具体实例详细讲解了嵌入在SolidWorks2006中的有限元分析软件COSMOSWorks的主要功能和实现过程。主要内容包括SolidWorks环境下的应力分析、应变分析、变形分析、热力分析、设计优化、线性和非线性分析等。使用COSMOSWorks,工程师们可以最大限度地缩短设计周期,降低测试成本,提高产品质量,尤其是那些有分析需求但又缺乏有限元知识的工程师们,可以在短时间内轻松地掌握分析的方法。

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在四分之一的模型的左边的线和下边的线加对称约束,如果不行的话,右边线的约束也加上