结构动力学分析方法及Abaqus的模块和操作流程讲解(含工程实例)
学习Abaqus对于工程技术人员、科研人员和相关专业的学生来说,是提升专业能力、解决实际问题和推动技术创新的重要手段,在工程设计、科学研究和教育等多个领域都具有不可替代的作用。本文将介绍结构动力学分析方法及Abaqus的基本模块和操作流程,希望为相关学习者提供相关理论帮助。
Structural Dynamics Analysis
模态分析
通过求解特征值问题,确定结构的固有频率和振型,用于理解结构的自由振动特性。 直接数值积分运动方程,计算结构在随时间变化的载荷下的响应,适用于非线性系统和瞬态响应分析。 频域分析
在频率域内分析结构对谐波载荷的响应,常用方法有傅里叶变换和频响函数分析。
利用响应谱估算结构在地震等随机载荷下的最大响应,适用于抗震设计。 随机振动分析
分析结构在随机载荷(如风、地震)下的统计特性,常用功率谱密度函数描述载荷和响应。 将结构离散化为有限单元,建立数值模型进行动力学分析,适用于复杂几何和边界条件。 多体动力学分析
研究由多个刚体或柔体组成的系统,考虑各部件间的相互作用和运动。
子结构分析法
将复杂结构分解为多个子结构,分别分析后再综合,适用于大型复杂系统。
Abaqus Basic Modules and Operating Procedures
Abaqus 基本模块
♦ Abaqus/CAE(Complete Abaqus Environment)
功能:Abaqus/CAE是Abaqus的前后处理模块,用于模型的创建、编辑、提交作业以及结果的后处理。
♦ Abaqus/Standard
功能:基于隐式积分算法的求解器,适用于静态、准静态、线性动态和非线性问题的求解。
♦ Abaqus/Explicit
功能:基于显式积分算法的求解器,适用于瞬态动力学、冲击、爆炸等高速非线性问题。
♦ Abaqus/CFD
功能:用于计算流体动力学(CFD)分析,模拟流体流动、传热和湍流等问题。
♦ Abaqus/ATOM
功能:用于拓扑优化,帮助设计轻量化结构。
♦ Abaqus/Viewer
功能:专门用于结果后处理,可视化分析结果。
Abaqus 基本操作流程
在Part模块中创建几何模型,支持导入CAD文件或直接绘制几何体。在Property模块中定义材料属性(如弹性模量、泊松比等)并分配给几何体。在Assembly模块中将多个部件组装成一个完整的模型。在Step模块中定义分析类型(如静态、动态)和时间步长。在Load模块中施加载荷(如力、压力)和边界条件(如固定约束)。在Mesh模块中对几何体进行网格划分,生成有限元模型。在Job模块中创建并提交作业,选择求解器(Standard或Explicit)。在Visualization模块中查看分析结果,如应力、应变、位移等。那么,我们该如何快速上手学习Abaqus软件呢?小邻在此为大家推荐《Abaqus从入门到精通-大型有限元程序的理论与工程实例应用(64学时)》这门精品课!课程旨在通过系统化的教学帮助学员快速掌握Abaqus软件的核心功能与应用技巧。课程内容以实践为导向,精心设计了13个工程实例,学员将通过实例学习到Abaqus的完整工作流程。
本课程主要讲解Abaqus仿真工程实例,分为29讲,涉及最小势能原理、平面问题的有限元法、空间问题及单元选择、轴对称问题及inp文件、板壳问题有限元法、材料非线性问题、几何非线性问题、接触非线性问题、动力学问题...课程共计12h54min,带您全方位学习掌握Abaqus软件操作~
介绍有限元分析的基本概念、发展历程以及在工程中的应用。
讲解最小势能原理及其在有限元法中的应用,重点介绍变分原理和弱形式。
讨论二维平面问题的建模与求解,涵盖平面应力、平面应变及其有限元离散化方法。
探讨三维空间问题的有限元分析,并重点讲解如何选择适合的单元类型进行建模。
介绍轴对称问题的建模与求解,并详细讲解ABAQUS中的inp文件格式和编写技巧。
讲解板壳结构的有限元建模方法,涵盖薄板理论、壳单元选择及其分析应用。
介绍材料非线性行为的模拟方法,重点讲解塑性、蠕变、超弹性和粘塑性等材料模型的应用。
讨论几何非线性(如大变形、大挠曲)的建模与求解,重点介绍大位移、大应变分析方法。
探讨接触分析中的非线性问题,涵盖接触定义、接触算法及接触力的计算与优化。
介绍结构动力学分析,重点讲解模态分析、频率响应分析、时程分析等在有限元中的应用。
2. 上机(32学时)
使用有限元软件进行轻型货物起重机的几何建模与网格划分。对轻型货物起重机进行受力分析,计算其在不同工况下的应力和变形。Abaqus周期性边界条件应用(单向纤维复合材料单胞)第一讲使用Abaqus模拟单向纤维复合材料单胞的周期性边界条件,讲解周期性结构的建模与求解方法。Abaqus周期性边界条件应用(单向纤维复合材料单胞)第二讲进一步探讨单向纤维复合材料单胞的周期性边界条件模拟,重点分析复合材料的力学行为。Abaqus周期性边界条件应用(单向纤维复合材料单胞)第三讲继续深入讲解单向纤维复合材料单胞的周期性分析,讨论不同加载条件下的应力分布。通过小片实验验证有限元网格的收敛性,重点分析非协调单元在不同网格大小下的收敛性。对平顶锅盖结构进行轴对称受压分析,应用ABAQUS进行求解和结果分析。进行大型支架结构的应力集中分析,研究开孔对结构力学性能的影响。
平板模型受迫振动分析第一讲
对平板模型进行受迫振动分析,研究外部激励下的振动响应。继续进行平板模型的受迫振动分析,探讨不同边界条件下的振动特性。使用ABAQUS进行汽车轮毂的模态分析,求解其自然频率和振型。
应用扩展有限元法(XFEM)对预制裂纹进行疲劳裂纹扩展分析,研究循环载荷下的裂纹行为。通过ABAQUS中的dload子程序,模拟结构在移动载荷作用下的响应。使用ABAQUS对刀具切割过程进行模拟,分析切削过程中的力学行为。对轮胎的挤压过程进行有限元分析,研究轮胎在不同载荷下的变形与应力分布。通过ABAQUS模拟应力波在材料中的传播过程,分析波传播的特性。使用ABAQUS对线缆的弯折过程进行分析,探讨弯折变形和应力集中问题