一根懸臂梁,長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,要計算梁的位移。

這是最簡單的入門級問題,線性材料,靜力學分析。

下面分別采用ANSYS17和ABAQUS6.14求解。

1. 創建分析系統

創建一個靜力學分析系統

2. 設置材料屬性

雙擊engineering data,對于默認的鋼材設置彈性模量是200GPA,泊松比是0.3

這里是默認值,不需要改變。

3. 創建幾何模型

雙擊geometry,進入到DM.設置毫米為長度單位。

從如下菜單進入,選擇BOX

設置要創建長200mm,截面是30mm*20mm的長方體。

創建結果如下圖

退出DM.

4. 劃分網格

雙擊model進入mechanical,設置單元尺寸為10mm,劃分網格。

劃分結果如下圖

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.

考察米塞斯應力,最大值是170.14MPa.

1. 創建部件

創建一個新部件,設置如下。這是一個三維實體,通過拉伸方式創建。

先創建截面30mm*20mm,然后拉伸200mm得到實體如下圖

2. 創建材料和截面屬性

(1)創建材料,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值。

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

(2)創建截面

設置為均值的實體截面類型

并未該截面分配前面創建的材料模型如下圖

(3)將截面屬性分配給部件

將上面所創建的截面屬性分配給長方體。

3. 定義裝配體
定義一個裝配體,該裝配體中只包含上面的部件。

4. 設置分析步

添加一個靜力學分析步

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

結果如下圖

6. 施加分布力系

在靜力學載荷步中添加壓強。

對上表面施加0.6Mpa的分布力系

結果如下圖

7. 劃分網格

設置網格尺寸為10mm

選擇C3D8I單元

劃分網格結果如下圖

8. 提交分析作業

創建作業

提交作業

9. 后處理

考察在豎直方向的變形

可見最大位移發生在自由端,是0.8921mm

考察米塞斯應力,最大是168.4Mpa

• 從計算結果來看,ANSYS是:自由端的最大位移量是0.89551mm;米塞斯應力最大值是170.14MPa. ABAQUS是:自由端的最大位移量是0.8921mm;米塞斯應力最大值是168.4Mpa。可見,位移的差值非常小,相對誤差是0.4%。而米塞斯應力的差距為1%左右。可見,對于位移的計算,二者幾乎一致。而應力的計算,則可能二者采用了不同的后處理方法,結果差距也很小。從這個角度來看,對于這種簡單的線彈性靜力學分析而言,用ANSYS或者ABAQUS功效相仿。

• 從操作步驟來看,由于ABAQUS中沒有提供單位,用戶必須自己保證單位的一致性。這一點對于初學者而言尤其重要。因為單位的不一致導致的離奇結果經常讓初學者對于有限元軟件失去信心,不過ANSYS的WB很好的解決了這個問題。在這個方面,ANSYS具備優勢。

• 從幾何建模來看,二者幾乎相同。

• 從網格劃分來看,ANSYS隱藏了關于單元的選擇問題,而ABAQUS則開放了此接口,讓用戶自己選擇合適的單元。這對于高級用戶是有利的。實際上,ANSYS WB中隱藏單元選擇以后,對于筆者而言是很不習慣的。就筆者自己的偏好而言,在這個方面,ABAQUS處理得更妥當一些。

• 從材料設置來看,應該說ANSYS更人性化,很多數據都是自動提供的,用戶只要稍作修改就可以。而ABAQUS需要自己設置,相比麻煩一些。

• 從分析步這個概念來看,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。正是因為ABAQUS提供了明確的分析步的概念,使得對于多步驟的分析顯得相當簡單而直觀,而在ANSYS中則不是那么容易理解。從個人偏好而言,筆者十分欣賞ABAQUS的分析步概念。在任何一個學科中,該學科提供了哪些基本概念,直接決定著該學科的理論水平,應該說,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,然后對之確定分析步,在各個分析步中分別施加不同的邊界條件,再得到作業,并進行仿真。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。

• 總體來說,就靜力學分析而言,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更簡潔明快。