Python编程与ABAQUS结果对比:一维弹簧单元直接刚度法

大家好!

在学习《有限元方法基础教程》过程中,通过自己编程实现有限单元法的数值解答,加深对理论的理解。这个在我去年的时候就已经发过帖子了,但是没有讲解代码,没有和ABAQUS有限元软件对比。这次发帖子就是想讲解代码以及和ABAQUS结果对比,发现我又更深层次理解了有限元方法。

这次写得是最简单的模型:一维线弹簧单元。采用的是直接刚度法求解。

直接刚度法的求解思路如下所示,其中粉红色的是输入,淡蓝色是输出。主要是要区分齐次边界条件和非齐次边界条件,非齐次边界条件的话就要修改【F】。

Capture.png



下面将贴出我用python写得一维弹簧单元的直接刚度法:

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2.png3.png



例子计算:

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如图是一个弹簧系统,单元节点信息如下,5节点受到一个强制位移20mm,明显这是一个非齐次边界条件问题。

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Python编程输入信息如下:

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结果如下:

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可以看到,输出结果和书上的答案一致。

下面进行ABAQUS模拟:

添加弹簧单元

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添加边界条件

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显示单元编号、节点编号如下所示,红色表示单元编号,黄色是节点编号

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ABAQUS计算结果如下:

首先是变形图前后对比


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反力云图如下所示,基本和直接刚度法计算的结果一致

12.png

位移云图如下所示,基本和直接刚度法计算的结果一致

13.png

整体刚度矩阵如下所示,因为ABAQUS弹簧单元是三维的,每一个节点有3个自由度,15x15,原味的刚度矩阵如下

14.png

我们把刚度矩阵转化为一维的,方便和编程的结果对比

17.png

从结果可以看出,ABAQUS的整体刚度矩阵和直接刚度法计算出来的整体刚度矩阵有些差异,如图标红的所示。

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