ABAQUS实战：销轴连接模拟分析

首先我们创建几何体

一、创建基本特征：

1、首先运行ABAQUS/CAE，在出现的对话框内选择Create Model Database。

2、从Module列表中选择Part，进入Part模块

3、选择Part→Create来创建一个新的部件。在提示区域会出现这样一个信息。

4、CAE弹出一个如右图的对话框。将这个部件命名为Hinge-hole，确认Modeling Space、Type和Base

Feature的选项如右图。

5、输入0.3作为Approximate size的值。点击Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。

　６、在工具栏选择Create Lines: Rectangle(4 Lines)   ，在提示栏出现如下的提示后，输入（0.02,0.02）和

-0.02,-0.02），然后点击３键鼠标的中键（或滚珠）。

７、在提示框点击OK按钮。CAE弹出Edit Basic Extrusion对话框。

８、输入0.04作为Depth的数值，点击OK按钮。

二、在基本特征上加个轮缘

１、在主菜单上选择Shape→Solid→Extrude。

２、选择六面体的前表面，点击左键。

３、选择如下图所示的边，点击左键。

４、如右上图那样利用　　　图标创建三条线段。

５、在工具栏中选择Create Arc: Center and 2 Endpoints

６、移动鼠标到(0.04,0.0)，圆心，点击左键，然后将鼠标移到(0.04,0.02)再次点击鼠标左键，从已画好区域的外面将鼠标移到(0.04,-0.02)，这时你可以看到在这两个点之间出现一个半圆，点击左键完成这个半圆。

７、在工具栏选择Create Circle: Center and Perimeter

８、将鼠标移动到(0.04,0.0)点击左键，然后将鼠标移动到(0.05,0.0)点击左键。

９、从主菜单选择Add→Dimension→Radial，为刚完成的圆标注尺寸。

10、选择工具栏的Edit Dimension Value图标

11、选择圆的尺寸(0.01)点击左键，在提示栏输入0.012，按回车。再次点击Edit Dimension Value，退出该操作。

12、点击提示栏上的Done按钮。

13、在CAE弹出的Edit Extrusion对话框内输入0.02作为深度的值。CAE以一个箭头表示拉伸的方向，点击Clip可改变这个方向。点击OK，完成操作。

三、创建润滑孔

１、进入Sketch模块，从主菜单选择Sketch→Create，命名为Hole，设置0.2为Approximate Size的值，点击Continue。

２、创建一个圆心在(0,0)，半径为0.003的圆，然后点击Done，完成这一步骤。

３、回到Part模块，在Part下拉菜单中选择Hinge-hole。

４、在主菜单中选择Tools→Datum，按右图所示选择对话框内的选项，点击Apply。

５、选择轮缘上的一条边，见下图，参数的值是从0到１，如果，箭头和图中所示一样就输入0.25，敲回车，否则就输入0.75。ABAQUS/CAE在这条边的1/4处上创建一个点。

６、创建一个基线，在Create Datum对话框内选择Axis，

在Method选项中选择2 Points，点击Apply。选择圆的中心点和刚才创建的基点，ABAQUS/CAE将创建如右上图所示的基线。

７、在Create Datum对话框内选择Plane，在Method中选择Point and normal，点击OK，选择刚才创建的基点和基线。你的模型将如左下图所示。

８、从主菜单中选择Shape→Cut→Extrude，选择创建的基准面和右上图所示的边，点击左键。

９、从主菜单中选择Add→Sketch，选择hole然后点击OK，在提示栏中点击Translate

通过下面两步将Hole移到最终位置。

A：先点击hole的圆心，然后点击创建的基点，圆心就移动到了以基点上。

B：点击工具拦中的Edit Vertex Location，　　然后点击移动后的圆心（基点），点击提示拦的Done，再点击提示拦中随后出现的Translate按钮，输入(0,0)和(0,0.01)敲回车，最后点击Done。

10、在Edit Cut Extrusion对话框中选择Blind作为Type的选项，0.015作为深度，如果需要可以选择Flip改变箭头的方向，然后点击OK。

四、创建不含润滑孔的铰链

１、从主菜单选择Part→Copy→Hinge-hole，命名新的部件为Hinge-solid，点击OK。

２、在Part下拉菜单中选中Hinge-Soild，从工具栏里选择Delete Feature　  选中创建的基点，点击提示栏里的Yes，删除基点和他的子特征。

五、创建一个刚体销钉

１、从主菜单里选择Part→Create，命名为Pin，选择Modeling Space为3D, 类型为Analytical rigid，选择Revolved shell为基本的特征，输入0.2作为Approximate size的值，然后点击Continue。

２、从工具栏选择Create Lines: Connected创建一条从(0.012,0.03)到(0.012,-0.03)的直线，然后点击Done，退出草图。

３、从主菜单中，选择Tools→Reference Point，选择销钉周线顶部的点。保存模型数据为hinge.cae。

接下来我们将为建立好的几何模型添加材料，并将其组装起来。

一、创建材料

１、进入Property模块，在主菜单中选择Material→Create来创建一个新的材料。

２、在Edit Material对话框，命名这个材料为Steel，选择Mechanical→Elasticity→ Elastic，在杨氏模量中输入209.E9，输入0.3作为泊松比。点击OK，退出材料编辑。

3、从主菜单中选择Section→Create，在Create Section对话框中定义这个区域为SoildSection，在Category选项中接受Soild作为默认的选择，在Type选项中接受Homogeneous作为默认的选择，点击Continue。

4、在出现的Edit Section对话框中选择Steel作为材料，接受1作为Plane stress/strain thickness，并点击OK。

5、在Part中选择Hinge-hole，从主菜单中选择Assign→Section，选择整个Part，ABAQUS将会把你选择的区域高亮化，在对话栏点击Done，在出现的Assign Section对话框中点击OK。

6、重复第五步，为Hinge-soild分配材料。

二、部件组装

1、进入Assembly模块，从主菜单中选择Instance→Create，在Create Instance对话框中选择Hinge-hole，点击Apply。

2、在Create Instance对话框中选择Hinge-soild，选中Auto-offset from other instances，点击OK。

3、从主菜单中，选择Constraint→Face to Face，选择左下图所示的表面，再选择如右下图的表面，点击Flip，如果两个箭头同向，点击OK，在提示栏输入0.04，敲回车。

4、从主菜单中选择Constraint→Coaxial，先选择如左下图所示的孔，再选择如右下图所示的孔，点击Flip如果箭头如右下图所示，点击OK。

5、从主菜单中选择Constraint→Edge to Edge，选择如左下图所示的边，再选择如右下图所示的边，点击Flip如果箭头如右下图所示，点击OK。完成铰链的组装。

6、从主菜单中选择Instance→Create，选择Pin，点击OK。

7、从主菜单中选择Constraint→Coaxial，选择Pine和铰链中的孔，如果需要点击Flip，点击OK。显示如左下图所示。

8、从主菜单中选择Instance→Translate，选择Pine，点击Done，在CAE警告信息栏中点击Yes。在提示栏输入(0,0,0)和(0,0,0.02)，敲回车。在提示栏点击OK。最终的构形如右上图显示。
接下来，我们定义分析步，接触，边界条件以及加载。

一、定义分析步。

1、进入Step模块，从主菜单中选择Step→Create，命名这个分析步为Contact，接受默认的Static, General，点击Continue。在出现的Edit Step对话框中，接受所有默认选择，并点击OK，创建一个分析步。

2、重复上一步，创建一个分析步，命名为Load，在Edit Step对话框中，进入Incrementation子选项，输入0.1为Initial Increment Size。点击OK，完成分析步的创建。

3、为输出结果创建几何集，在主菜单选择Tools→Set→Create，命名这个几何集为ndisp-output，点击Continue。选择如左下图所示的点。点击Done，完成该步骤。

4、采用相同的技术，定义右上图所选的面为fixed-face-output，所选的边为hole-output。

5、从主菜单中选择Output→Field Output Requests→Manager，从出现的对话框中选择F-output-1，点击Edit，删除变量PE，PEEQ和PEMAG，删除选择Forces/Reactions，点击OK，点击Dismiss退出Field Output Requests Manager。

6、从主菜单中选择Output→History Output Requests→Manager，从出现的对话框中选择H-output-1，点击Edit，在Domain中选择Set name，并选择ndisp-output，去掉Energy选项，输入U1，U2，U3。点击OK。

7、创建新的历史输出，为Fixed-face-output输出变量RF1，为Hole-output输出变量S11，MISES和E11。点击Dismiss，退出History Output Requests Manager。

8、从主菜单中选择Tools→Set→Create，命名为Monitor，点击Continue，选择ndisp-output集中为于Hinge-Soild上的点，点击Done，完成几何集的创建。

9、从主菜单中选择Output→DOF Monitor，选中Monitor a degree of freedom throughout the analysis，在Point region选择Monitor，在Degree of freedom中输入1，点击OK。

二、定义表面和相互作用

1、进入Interaction模块，选择View→Assembly Display Options，在Assembly Display Options对话框中点击Instance，点击Hinge-hole-1和Hinge-solid-1，最后点击Apply。ABAQUS/CAE只显示Pin部件。

2、从主菜单中选择Tools→Surface→Create，命名这个表面为Pin，点击Continue，选择销钉外表面，点击提示栏内的Done，在销钉上出现两箭头，选择Magenta作为销钉表面的法向。

3、采用第一步的方法，只显示Hinge-hole-1。从主菜单中选择Tools→Surface→

Create，命名这个表面为Flange-h，点击Continue，选择如左下图的表面。采用同样的技术创建一个叫Inside-h的表面，如右下图。

4、只显示Hinge-soild-1，创建和Flange-h表面紧靠在一起的表面，命名为Flange-s。同样创建一个表面，命名为Inside-s，该表面和Inside-h通过pin连接在一起。

三、定义模型各部分之间的接触

1、从主菜单选择Interaction→Property→Create，在出现的对话框中命名其为NoFric，接受Contact作为默认选择，点击Continue。在后出现的Edit Contact Property对话框中，选择Mechanical→Tangential Behavior，接受默认的选择，然后选择Mechanical→Normal Behavior，接受默认的选择，点击OK。

2、从主菜单中选择Interaction→Manager，然后点击Create，在出现的对话框中，命名其为Hingepin-hole，接受默认选择，点击Continue。在提示栏的右下角点击Surface，在Region Selection对话框中选择Pin作为主表面，点击Continue。采用同样技术，选取Inside-h作为从表面，点击Continue。观察出来的对话框，并接受默认的选择，点击OK。

3、采用相同的技术定义一个相互作用为Hingepin-soild，用pin作为主表面，Inside-s作为从表面，NoFric为相互作用的特性。创建一个Flanges的相互作用，用Flange-h作为主表面，Flange-s作为从表面。然后点击Dismiss退出Interaction Manager。

四、定义边界条件

1、进入Load模块，从主菜单中选择BC→Manager，在Boundary Condition Manager中点击Create，在出现的Create Boundary Condition对话框中，命名这个边界条件为Fixed，接受默认的选择，点击Continue，在出现的Region Selection对话框中选择Fixed-face-output，点击Continue，在出现的Edit Boundary Conditions对话框中选中Encastre，点击OK。

2、在Boundary Condition Manager中点击Create，命名这个边界条件为NoSlip，选择Displacement/Rotation，点击Continue。选择pin的刚体参考点，点击Done，在Edit Boundary Conditions对话框中选中所有选项，点击OK。

3、在Boundary Condition Manager中，选中下图所示，点击Edit，去掉U1和UR2的选择，点击OK，可以注意到，在Load步时，NoSlip的状态变为Modified。

4、继续创建一个叫Constrain的边界条件，选择Displacement/Rotation，选择我们前面定义的Monitor，约束它在1,2,3三个方向的平动。按照3步中的办法，在Load分析步，释放1方向的约束。完成所有后，退出Boundary Condition Manager。

五、施加载荷

1、从工具栏中选择Create Load按钮，在对话框中，命名这个载荷为Pressure，接受以Load作为载荷施加的分析步，选择载荷类型为Pressure，点击Continue。

2、选择右图的底面，点击Done，在对话框中，输入-1.E6，接受默认的选择，点击OK。

下面我们对该模型进行网格的划分

1、进入Mesh模块，从主菜单选择Tools→Partition，在Create Partition对话框中，选择Cell，选择Extend face作为技术，点击Apply。选择整个Hinge-soild-1，选择左下图的面，点击提示栏中的Create Partition按钮。CAE形成如右下图所示图形。

2、同第一步，先将Hinge-hole分成两个部分。

3、从Create Partition对话框中，选择Cell，选择Define cutting plane，点击Apply，选择整个Hinge-hole，点击Done，在提示栏选择3 Points，选择如右图的三点，点击Create Partition按钮，CAE将整个hinge-hole分为3块。

4、采用Define cutting plane将hinge-hole分成如左下图的数个部分（用3 Points）。

5、再采用上面相同的技术将突起的底部分割成2个部分，最终结果如右下图所示。

6、从主菜单选择Mesh→Controls，选中除了销钉以外的所有部分，点击Done，在对话框内接受默认的选项，点击OK。

7、从主菜单选择Mesh→Element Type，用相同的技术选中除了销钉以外的所有部分，点击Done，在对话框中，接受所有的默认选择，点击OK。

8、从主菜单选择Seed→Instance，选中2个铰链，点击Done，在提示栏中输入0.004，敲回车，点击Done。

9、从主菜单选择Mesh→Instance，选中2个铰链，点击Done。CAE将为铰链划分网格。

最后我们对模型进行分析，并可视化结果

一、建立任务

  1、进入Job模块，从主菜单选择Job→Create，命名其为pullhinge，点击Continue，接受所有的默认选择，点击OK。

  2、从主菜单选择Job→Manager，在Job Manager中点击Submit提交任务，点击Monitor来观察分析的进程。

  3、分析结束后，点击Results，对结果进行可视化。

二、可视化结果

  1、点击工具栏的Plot Deformed Shape    按钮， 显示结构变形结果。

  2、从主菜单选择Plot→Contours，显示云图，通过主菜单的Result→Field Output，可以改变等高线所代表的变量。

  3、从主菜单选择Animate→Time History，可以观看CAE制作的动画过程。

  4、从主菜单选择Result→History Output，可以选取你想要绘制的X-Y曲线。

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