Hướng dẫn sử dụng phần mềm ABAQUS

HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG ABAQUS/CAE (COMPUTER AID ENGINEERING) CƠ BẢN Bài toán: F = 50N 2cm 15cm L = 1m Vật liệu thép: E = 200.109 Pa, G = 80.109 Pa,   0.3 Sử dụng ABAQUS để tính: a) Phân bố ứng suất, biến dạng, chuyển vị b) Tìm tần số dao động tự nhiên fn , mode dao động c) Nghiên cứu ảnh hưởng việc chia lưới CÁCH TIẾN HÀNH Bƣớc 1: Tạo mơ hình, bước bạn tiếp xúc với công cụ modeling Abaqus, 2D 3D tùy theo yêu cầu Bƣớc 2: Xác định vật liệu section profile, profile dùng cho model 2D, section dủng cho model 3D Bƣớc 3: Tạo lắp hoàn chỉnh (assembly) Bƣớc 4: Xác định bước phân tích yêu cầu xuất kết Bƣớc 5: Xác định điều kiện biên đặt tải Bƣớc 6: Chia vùng mẫu thời part( cần có yêu cầu đặc biệt, có toán phức tạp hơn) Bƣớc 7: Chia lưới cho assembly Bƣóc : Tạo, chạy quan sát tác vụ Bƣớc 9: Quan sát kết Bƣớc 10: Xuất kết dạng văn BƢỚC Bước toán phải tạo mơ hình, tạo mơ hình vẽ, ý vật thể chiều nên ta vẽ theo cách extrude mặt cắt với độ sâu chiều dài dầm  Khởi động chương trình Abaqus, chọn tab create model database xuất module tạo mơ hình đơn (part) với cơng cụ chưong trình Cad thiết kế dựa theo tham số (parameter) double-click vào mục part model 1, hộp thoại create part xuất hiện, đặt tên canbeam (cantilever beam) chọn thông số mặc định theo hình sau: Giải thích: D cho mơ hình 3D, kiểu deformable biến dạng được, phần base feature chọn solid extrude để tạo khối rắn cách đẩy mặt cắt Approximate size chọn này: độ chia lưói (grid) môi trường vẽ chia cho thuận lợi q trình vẽ, chọn độ chia lưới phải dựa theo mơ hình cần tạo, mơ hình phức tạp độ chia lưới phải đủ nhỏ để dễ dàng bắt điểm modeling, chọn chiều dài model 1m khơng chi tiết phức tạp, ý thứ nguyên dùng Abaqus theo SI Bấm continue để khỏi hộp thoại create part  Khơng gian tạo mơ hình với mật độ lưới thưa để dễ quan sát Trước hết vẽ mặt cắt chữ nhật kích thước 15  cm Chọn nút vẽ hình chữ nhật, sau vẽ hình xung quanh gốc tọa độ lưới quan sát hình bên dưới, sau vẽ hình chữ nhật nhấn ESC để khỏi lệnh vẽ hình chữ nhật.(chú ý: vẽ đại hình chữ nhật ko cần quan tâm kích thước) Hình chữ nhật vừa vẽ chưa có kích thước, ta sử dụng tính tham số Abaqus để hiệu chỉnh kích thước Hình cụm tính model 2D, theo thứ tự từ trái qua phải, xuống (tự động ràng buộc, ràng buộc, tự động thêm kích thước, thêm kích thước, sửa kích thưóc quản lý tham số) Chọn nút thêm kích thước để thêm kích thước cho hình chữ nhật Sau click vào nút thêm kích thước, click chọn cạnh trái hình vẽ, sau rê chuột ngồi chọn chổ đặt kích thước, click lần để đặt kích thước, khơng gian vẽ trạng, yêu cầu nhập kích thước, ta nhập kích thƣớc theo thứ nguyên (m) 0.02m cạnh lại 0.15m sau đặt kích thước dùng nút scroll chuột để phóng to thu nhỏ khơng gian nhìn, cho có sau: Chú ý: ta nhìn vào góc hình chữ nhật thấy kí hiệu vng góc chứng tỏ hình chữ nhật ràng buộc đầy đủ (full constraint) ta dùng lệnhh vẽ hình chữ nhật nên Abaqus tự động đặt ràng buộc, ta dùng lệnh vẽ line tạo hình chữ nhật(chưa thật xác) phải áp ràng buộc cho nó(dùng nút đặt ràng buộc ví dụ cạnh song song cạnh đứng cạng ngang, tiếp tuyến…) Nếu ta đặt thiếu dư ràng buộc cho phác thảo(sketch) 2D Abaqus báo lỗi không cho qua bước tạo part Sau đầy đủ ràng buộc click done tình trạng để khỏi chế độ phác thảo Hộp thoại edit base extrusion xuất hiện, điền thông số hình vẽ: Depth =1 chiều sâu extrude mét, dùng lệnh tao tạo cantilever beam có dạng yêu cầu thích thêm: include twist extrude phác thảo theo bước xoắn, ví dụ điểm quay vòng khoảng điểm trước sau quay vòng thơng số này, include draft góc vuốt extrude để tạo vật thể có profile thay đổi, ta không cần nên thông số Nhấn ok có mơ hình màu xám sau: Để ý trục tọa độ khơng gian vẽ hệ trục tồn cục (global) part có hệ trục xyz cục (local) BƢỚC : XÁC ĐỊNH VẬT LIỆU VÀ TÍNH CHẤT MẶT CẮT  Để gán vật liệu ta double-click vào phần material model, hộp thoại edit material ta đặt tên cho vật liệu, trường hợp thép, chọn mục hình sau(vật liệu đàn hồi): Sau ta điền thơng số module đàn hồi hệ số poisson vào Chọn loại vật liệu đẳng hướng isotropic Các thơng số lại giữ mặc định Click ok, quan sát vào phần material, có số phía sau vật liệu gán  Xác định tính chất mặt cắt: define section Double-click vào mục sections, xuất hộp thoại create sections xuất Nhắc lại thiết kế mơ hình 3D xác định tính chất section, 2D tạo profile Đặt tên canbeamsection, chọn vật liệu rắn đồng (solidhomogeneous) hình đây, bấm continue để qua phần edit section Chọn vật liệu vừa xác lập thép, chấp nhận giá trị cho plane stress/strain thickness Click ok hoàn tất Sau xác định tính chất mặt cắt ta phải định vào part để Abaqus hiểu mà phân tích( assign sections properties) Mở model hình sau thấy tính định mặt cắt(partscanbeam) Double-click vào Section Assignments chuyển sang khung vẽ, Abaqus yêu cầu chọn vùng để định mặt cắt, ta chưa tạo partitions(phân vùng) cho part nên cần click vào part chọn toàn part, part tô khung dây đỏ nhấn nút chuột nhấn done khung vẽ để kết thúc việc chọn, hộp thoại Edit Section Assignment xuất hiện,chọn canbeamsection vừa tạo, click OK hoàn tất việc định section, part thị phần định section màu xanh BƯỚC 3: TẠO BỘ LẮP( CREATE AN ASSEMBLY) Một lắp chưá đựng phần tử hình học bao gồm mơ hình phần tử hữu hạn, mơ hình ABAQUS/CAE chứa lắp đơn, tạo part chưa có, ta phải tạo mẫu (instance) part module assembly để sử dụng cho mơ hình  Trƣớc hết tạo Instance part: Mở rộng mục Assembly model tree, double-click vào instances hình vẽ để tạo instances Trong hộp thoại create instance chọn part canbeam, có tùy chọn Dependent Independent, Dependent chia lưới part, Independent chia lưới instances part, part có nhiều instance, chọn auto offset from orther other instance để tạo thêm instance song song với instance cũ, có instance độc lập phụ thuộc? tốn đơn giản chi tiết ta cần chia lưới part ln, tốn nhiều chi tiết, phần độc lập cho phép ta chia lưới khác với instance, chia lưới ln part tất instance giống Vậy ta chọn hình vẽ: Click OK Abaqus tạo instanse cho part, màu instance màu xanh dương, để ý tạo instance có hệ tọa độ địa phương xyz, trường hợp trùng phương với hệ toàn cục BƯỚC 4: CÁC BƯỚC PHÂN TÍCH VÀ YÊU CẦU XUẤT KẾT QUẢ Trong phần bạn phải xác định bước phân tích Vì tƣơng tác, tải lực điều kiện biên ảnh hƣởng lẫn nhau, ta phải xác định bước phân tích trước điều kiện Trong ta xác định bước single static general, thêm yêu cầu xuất kết việc phân tích, kết xuất dạng output database (*.odb) file  Xác định bƣớc: model tree double-click vào steps, hộp thoại create step xuất hiện, đặt tên bước canbeamload, chấp nhận procedure type General Trong mục scroll chọn Static, General Click OK  Edit step: hộp thoại edit step xuất hiện, tab Basic mở đầu tiên, điền thông tin mô tả Description : Đạt tải 50 N mũi , chấp nhận giá trị mặc định lại tab basic, chuyển qua tab incrementation, ta thấy tab có phần chọn số gia tối đa 100 (giữ mặc định), phần kích thước số gia có mục, bắt đầu, nhỏ nhất, lớn nhất, tự động Abaqus chọn số thông số dựa vào time period tab basic, initial maximum ln time period, minimum 1E-5, ta thay đổi thơng số initial 0.1 Ok để tạo bước Tạo thêm bước tần số, cách làm sau: double-click lại mục step, sửa tên tần số, procedure type chọn linear perturbation, chọn frequency ô bên click continue: Trong hộp thoại edit step, ghi tên mô tả description la tan so, ta thấy Nlgeom off nghĩa bỏ qua biến dạng lớn, eigensolver có lực chọn, lanczos, subspace AMS, thường dùng phương pháp đầu, trường hợp mơ hình tính tốn có nhiều bậc tự do, nghĩa có nhiều mode dao động riêng ứng với tần số, subspace cho kết nhanh tốt trường hợp mode riêng(nhỏ 20) ngược lại Trong mode dao động không nhiều chọn subspace, chọn subspace tab thứ cho phương pháp lanczos mờ đi, chọn trị riêng vector chu kì lặp 16(chưa hiểu rõ), OK để kết thúc bước tần số 10 Các phần tử dùng chia lưới với 1D,2D 3D, ta chủ yếu sử dụng 2D 3D, chúng phận loại theo tuyến tính hay bậc 2, loại với 2D có phần tử nút nút, 3D có tứ diện, lục ngũ diện cách chia lưới phức tạp theo model, Abaqus cung cấp phương pháp chia lưới theo kết cấu(structured), cách tự do(free) cách quét(swept) Linh hoạt cách tạo nhiều có 18 kinh nghiệm sử dụng phương án chia lưới hiệu Bài ta chia lưới đơn giản theo kết cấu model không phức tạp Trong model tree mở rộng partsrồi canbeam double-click vào mesh, ta chuyển sang module meshing  Tạo hạt giống để chia lƣới Abaqus cung cấp công cụ hạt giống(seed) để làm sở chia lưới, ta làm sau: Vào menu Seed  chọn part Hộp thoại global seed ra, chọn giá trị approximate global size sau: Ví dụ: chiều dài m, chọn approximate global size 0.1 tồn chiều dài chia làm 10 phầ, phần 10cm chọn 0.02 50 phần phần 2cm, chiều rộng mặt cắt, tốt Vậy ta chọn hình vẽ, ok hồn tất seed part Trên menu mesh chọn element type, hộp thoại xuất hiện:chọn hình sau: 19 Vì tải khơng đổi nên chọn Standard, ứng suất cho mơ hình 3D, phần tử hình học tuyến tính (giống viên gạch), cuối hộp thoại cho ta kí hiệu loại phần tử C3D8R Chấp nhận mặc định, OK ta có part không phân vùng nên ta cần click chọn toàn part Chọn meshpart menu, Yes hoàn tất chia lưới BƯỚC 8: TẠO, CHẠY VÀ KIỂM TRA TÁC VỤ Trước tiếp tục ta nên đổi tên model-1 model tree thành Elastic, dùng chuột phảirename  Tạo Job Double-click mục Jobs model tree, đặt tên canbeam chấp nhận model vừa đặt tên Elastic, click continue 20 Hộp thoại edit job ra, chọn câu mơ tả, ví dụ hình, chấp nhận mặc định OK  Chạy tác vụ Trong mục jobs model tree, click phải vào tác vụ canbeam vừa tạo, chọn submit Abaqus bảng thơng báo trường output trước ko còn, ta nhấn yes ta chủ động tạo điều 21 Đợi lúc Abaqus thơng báo Abort!, Vì mơ hình 3D có tính chất mass, ta phải khai báo tính chất khối cho vật liệu Quay lại mục materials model tree, click phải vào thep chọn edit Chọn tab general, chọn density Điền thông số khối lượng riêng cho vật liệu thép 7800kg,OK hồn tất Sau ta Submit lại Jobs canbeam, thông báo Overwrite để ghi đè lại hỏng trước đó, chọn ok chọn yes thông báo history output Lần sau job canbeam có chữ complete  Kiểm tra lại Click phải vào jobs canbeam chọn monitor, xuất hộp thoại sau: 22 Đơi có cảnh báo tronh warning ko quan trọng Click Dismiss chấp nhận BƢỚC 9: QUAN SÁT KẾT QUẢ Có cách coi kết quả: 1: chọn visualization mudule hình vẽ Sau vào fileopen liệu dạng canbeam.odb 2: click phải vào job canbeam chọn result, cách nhanh hơn, Abaqus tự động mở canbeam.odb Sau có hình 23 Để quan sát theo mặt phẳng chọn viewtool box, Sau chọn view theo mặt phẳng ta cần quan sát mode dao động trước, chọn sau: Xuất hộp thoại: Có mode dao động với tần số xác định, ta xem dạng cách chọn cái, chọn mode ngồi quan sát, chọn cơng cụ sau(dùng tool tip để biết tính năng) để vẽ 24 Ta vẽ lúc biến dạng chưa biết dạng cách dùng chức xem lúc: Chọn thêm vẽ contour để có hình với mode sau: Mode 25 Mode Mode 26 Mode Mode 27 Mode SAU ĐÂY LÀ CÁCH XEM CHUYỂN VỊ DƯỚI TẢI 50N 28 Chọn tải lực hộp thoại step/ frame , ứng với step có chuyển vị, Abaqus tự động hiệu chỉnh scale factor nên ta ko nhìn thấy rõ khác biệt, để thấy rõ khác biệt làm sau: Vào menu option common: Hộp thoại xuất hiện: Chọn hình vẽ, thơngh số value bạn tự thay đổi cho phù hợp, trở lại mặc định chọn defaults 29 chuyển vị sau thời gian 1s BƯỚC 10: XUẤT KẾT QUẢ RA DẠNG FILE TEXT Chọn report field output Hộp thoại xuất 30 Nút step/ frame cho phép chọn lại steps để xuất, trường hơp ta chọn step 1s Trong phần position cho phép ta chọn kiểu xuất Ta chọn unique nodal để xuất ứng suất chuyển vị Bung nút tam giác để chọn yêu cầu cần xuất, chọn Mises, S11, S22, S33, S12, S13, S23 cho phần ứng suất Chọn U1, U2, U3 cho phần chuyển vị Chuyển qua tab setup Đặt tên cho file report (*.rpt) Nhấn apply Abaqus tạo file canbeam.rpt thư mục làm việc (thư mục temp, thường cấp với Abaqus) Xem ví dụ kết quả: 31 Field Output Report, written Wed Oct 11 10:24:49 2006 Source ODB: D:/temp/canbeam.odb Step: canbeamload Frame: Increment 6: Step Time = 1.000 Loc : Nodal values from source Output sorted by column "Node Label" Field Output reported at nodes for part: CANBEAM-1 Computation algorithm: EXTRAPOLATE_COMPUTE_AVERAGE Averaged at nodes Averaging regions: ODB_REGIONS Node U.U1 U.U2 U.U3 S.Mises S.S11 S.S22 S.S33 S.S12 S.S13 S.S23 Label @Loc @Loc @Loc @Loc @Loc @Loc @Loc @Loc @Loc @Loc 0 86.6025 -122.719E-12 -197.451E-12 -6.05368E-12 -11.0298E-09 12.2168E-12 50 0 86.6025 -122.719E-12 -197.451E-12 -6.05368E-12 -11.0298E-09 12.2168E-12 50 2.3231E-21 -136.521E-09 136.508E-09 86.6025 -888.928E-15 6.30919E-12 4.27306E-12 210.74E-12 4.07227E-12 -2.3917E-21 -136.521E-09 -136.508E-09 86.6025 -888.928E-15 6.30919E-12 4.27306E-12 210.74E-12 4.07227E-12 -5.46609E-21 -543.302E-09 270.259E-09 86.6025 -11.143E-12 -22.8099E-12 5.696E-12 -374.649E-12 2.03614E-12 5.14066E-21 -543.302E-09 -270.259E-09 86.6025 -11.143E-12 -22.8099E-12 5.696E-12 -374.649E-12 2.03614E-12 5.17488E-21 -1.21482E-06 401.252E-09 86.6025 -7.22045E-12 -17.6383E-12 19.0121E-12 480.529E-12 4.07227E-12 -5.8281E-21 -1.21482E-06 -401.252E-09 86.6025 -7.22045E-12 -17.6383E-12 19.0121E-12 480.529E-12 4.07227E-12 -10.6673E-21 -2.14557E-06 529.487E-09 86.6025 -66.7977E-12 -150.796E-12 -12.3385E-12 -716.72E-12 4.07227E-12 10 9.37742E-21 -2.14557E-06 -529.487E-09 86.6025 -66.7977E-12 -150.796E-12 -12.3385E-12 -716.72E-12 4.07227E-12 11 9.81552E-21 -3.33004E-06 654.964E-09 86.6025 5.68896E-12 -23.159E-12 58.2865E-12 1.10766E-09 -4.07227E-12 12 -11.6273E-21 -3.33004E-06 -654.964E-09 86.6025 5.68896E-12 -23.159E-12 58.2865E-12 1.10766E-09 -4.07227E-12 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 … … Có tất 918 nút b tốn The end 32 ... ta có dạng phần tử Abaqus, chia lưới này: Xem hình 17 Các phần tử dùng chia lưới với 1D,2D 3D, ta chủ yếu sử dụng 2D 3D, chúng phận loại theo tuyến tính hay bậc 2, loại với 2D có phần tử nút... việc định section, part thị phần định section màu xanh BƯỚC 3: TẠO BỘ LẮP( CREATE AN ASSEMBLY) Một lắp chưá đựng phần tử hình học bao gồm mơ hình phần tử hữu hạn, mơ hình ABAQUS/ CAE chứa lắp đơn,... ta sử dụng tính tham số Abaqus để hiệu chỉnh kích thước Hình cụm tính model 2D, theo thứ tự từ trái qua phải, xuống (tự động ràng buộc, ràng buộc, tự động thêm kích thước, thêm kích thước, sửa