ANSYS與ABAQUS實(shí)例比較 | 懸臂梁受分布力系的變形分析

一根懸臂梁,長(zhǎng)200mm,截面是30mm*20mm的矩形(高度方向是20mm)。該梁左端固定,在其上面施加向下的分布力系,載荷集度是0.6Mpa.已知材料使用低碳鋼,彈性模量是200GPA,泊松比是0.3,要計(jì)算梁的位移。

這是最簡(jiǎn)單的入門級(jí)問題,線性材料,靜力學(xué)分析。

下面分別采用ANSYS17和ABAQUS6.14求解。

1. 創(chuàng)建分析系統(tǒng)

創(chuàng)建一個(gè)靜力學(xué)分析系統(tǒng)

2. 設(shè)置材料屬性

雙擊engineering data,對(duì)于默認(rèn)的鋼材設(shè)置彈性模量是200GPA,泊松比是0.3

這里是默認(rèn)值,不需要改變。

3. 創(chuàng)建幾何模型

雙擊geometry,進(jìn)入到DM.設(shè)置毫米為長(zhǎng)度單位。

從如下菜單進(jìn)入,選擇BOX

設(shè)置要?jiǎng)?chuàng)建長(zhǎng)200mm,截面是30mm*20mm的長(zhǎng)方體。

創(chuàng)建結(jié)果如下圖

退出DM.

4. 劃分網(wǎng)格

雙擊model進(jìn)入mechanical,設(shè)置單元尺寸為10mm,劃分網(wǎng)格。

劃分結(jié)果如下圖

5. 固定左端

6. 施加分布力系

在上面施加分布力系,載荷集度是0.6Mpa

7.求解

8. 后處理

考察在豎直方向的變形

可見,自由端的最大位移量是0.89551mm.

考察米塞斯應(yīng)力,最大值是170.14MPa.

1. 創(chuàng)建部件

創(chuàng)建一個(gè)新部件,設(shè)置如下。這是一個(gè)三維實(shí)體,通過拉伸方式創(chuàng)建。

先創(chuàng)建截面30mm*20mm,然后拉伸200mm得到實(shí)體如下圖

2. 創(chuàng)建材料和截面屬性

(1)創(chuàng)建材料,給定彈性模量和泊松比。由于是以mm為單位,所以楊氏模量改變了數(shù)值。

200GPA = 200E9 (N/M2) = 200E3(N/MM2)

(2)創(chuàng)建截面

設(shè)置為均值的實(shí)體截面類型

并未該截面分配前面創(chuàng)建的材料模型如下圖

(3)將截面屬性分配給部件

將上面所創(chuàng)建的截面屬性分配給長(zhǎng)方體。

3. 定義裝配體
定義一個(gè)裝配體,該裝配體中只包含上面的部件。

4. 設(shè)置分析步

添加一個(gè)靜力學(xué)分析步

5. 固定左端

在初始分析步中定義固定邊界條件

選擇左端面,固定所有自由度

結(jié)果如下圖

6. 施加分布力系

在靜力學(xué)載荷步中添加壓強(qiáng)。

對(duì)上表面施加0.6Mpa的分布力系

結(jié)果如下圖

7. 劃分網(wǎng)格

設(shè)置網(wǎng)格尺寸為10mm

選擇C3D8I單元

劃分網(wǎng)格結(jié)果如下圖

8. 提交分析作業(yè)

創(chuàng)建作業(yè)

提交作業(yè)

9. 后處理

考察在豎直方向的變形

可見最大位移發(fā)生在自由端,是0.8921mm

考察米塞斯應(yīng)力,最大是168.4Mpa

• 從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,ANSYS是:自由端的最大位移量是0.89551mm;米塞斯應(yīng)力最大值是170.14MPa. ABAQUS是:自由端的最大位移量是0.8921mm;米塞斯應(yīng)力最大值是168.4Mpa?？梢?位移的差值非常小,相對(duì)誤差是0.4%。而米塞斯應(yīng)力的差距為1%左右?？梢?對(duì)于位移的計(jì)算,二者幾乎一致。而應(yīng)力的計(jì)算,則可能二者采用了不同的后處理方法,結(jié)果差距也很小。從這個(gè)角度來(lái)看,對(duì)于這種簡(jiǎn)單的線彈性靜力學(xué)分析而言,用ANSYS或者ABAQUS功效相仿。

• 從操作步驟來(lái)看,由于ABAQUS中沒有提供單位,用戶必須自己保證單位的一致性。這一點(diǎn)對(duì)于初學(xué)者而言尤其重要。因?yàn)閱挝坏牟灰恢聦?dǎo)致的離奇結(jié)果經(jīng)常讓初學(xué)者對(duì)于有限元軟件失去信心,不過ANSYS的WB很好的解決了這個(gè)問題。在這個(gè)方面,ANSYS具備優(yōu)勢(shì)。

• 從幾何建模來(lái)看,二者幾乎相同。

• 從網(wǎng)格劃分來(lái)看,ANSYS隱藏了關(guān)于單元的選擇問題,而ABAQUS則開放了此接口,讓用戶自己選擇合適的單元。這對(duì)于高級(jí)用戶是有利的。實(shí)際上,ANSYS WB中隱藏單元選擇以后,對(duì)于筆者而言是很不習(xí)慣的。就筆者自己的偏好而言,在這個(gè)方面,ABAQUS處理得更妥當(dāng)一些。

• 從材料設(shè)置來(lái)看,應(yīng)該說(shuō)ANSYS更人性化,很多數(shù)據(jù)都是自動(dòng)提供的,用戶只要稍作修改就可以。而ABAQUS需要自己設(shè)置,相比麻煩一些。

• 從分析步這個(gè)概念來(lái)看,筆者感覺分析步的概念在ABAQUS中是十分重要,而ANSYS雖然也只有載荷步的概念,但是它是不明晰的。正是因?yàn)锳BAQUS提供了明確的分析步的概念,使得對(duì)于多步驟的分析顯得相當(dāng)簡(jiǎn)單而直觀,而在ANSYS中則不是那么容易理解。從個(gè)人偏好而言,筆者十分欣賞ABAQUS的分析步概念。在任何一個(gè)學(xué)科中,該學(xué)科提供了哪些基本概念,直接決定著該學(xué)科的理論水平,應(yīng)該說(shuō),ABAQUS的概念層次十分清晰。有材料后,將材料分配給截面,將截面分配給部件,將部件組裝成裝配體,然后對(duì)之確定分析步,在各個(gè)分析步中分別施加不同的邊界條件,再得到作業(yè),并進(jìn)行仿真。這一套概念,思路十分清晰。這種清晰的層次概念是ANSYS所缺乏的。

• 總體來(lái)說(shuō),就靜力學(xué)分析而言,二者效率和精度都相仿;就思路而言,ABAQUS更清晰;就方便性而言,ANSYS更簡(jiǎn)潔明快。