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1、1建模报告姓名：李炎 专业：建筑与土木工程 学号：201472211薄壁圆筒在切削力下的应力分析一、问题描述一薄壁圆筒结构，其壁厚均匀，为 0.01m，其材料为钢，弹性模量为2E11Pa，泊松比为 0.3，设刀具在某个切削位置时，假定切削力沿径向分量为8000N，轴向分量为 4000N，切向分量为 1000N，要求对该结构在切削过程中的应力进行分析。二、具体建模步骤：1、创建部件启动 ABQUS/CAE，创建一个新的模型，重命名为 Canister,保存模型为Canister.cae(1) 单击工具箱中的 按钮，在“Name”后面输入 Canister，将 “Modeling Space” 设
2、为 3D, “Type”改为 Deformable, “Shape”改为 shell, “Type”改为 revolution, “Approximate size”输入 2（如图 1 所示） ，单击“继续”按钮，进入草图环境。图 12（2）单击工具箱中的 ，用鼠标选取或者输入坐标值，通过点（0.21,0.005） 、 （0.18,0.005） 、 （0.18,0.4） 、 （0.1,0.9） 、 （0.13,0.9）画直线（如图2 所示） ，单击提示区的“Done”按钮，弹出”edit revolution” 对话框（如图 3所示） ，输入旋转角度 360，单击“OK”按钮，完成该部件的创建
3、。并最终形成效果图（如图 4 所示） 。图 2图 33图 42、创建材料和截面属性一、创建材料进入属性（Property ）模块，单击工具箱中的 ，弹出“Edit Material”对话框，如图 5 所示，默认材料名称为 Material-1,选择”Mechanical”“Elasticity”“Elastic”, 输入弹性模量值为 2E11Pa，泊松比为 0.3，单击“OK”按钮，完成材料属性定义。4图 5二、创建截面属性（1）单击工具箱中的 （创建截面） ，在”Create Section”对话框（如图 6所示）中 ，选择”Category” 为 shell， ”Type”选择 Homog
4、eneous, 单击“继续”按钮，进入“Edit section ”对话框。图 65（2）进入“Edit section”对话框（如图 7 所示） ， “材料”选择 Material1, “shell thickness”的值设置为 0.01，其他默认设置，单击 “OK”按钮，完成截面的定义。图 7三、赋予截面属性单击工具箱中的 （指派截面） ，选择视图区的部件，单击提示区的中的”Done”按钮，在弹出的“Edit Section Assignment”对话框（如图 8 所示）中选择“Section：Section1” ，单击“OK”按钮，把截面属性赋予部件。6图 83、定义装配件（1）进入装
5、配模块。单击工具箱中的 （将部件实例化） ，在弹出的如图 9所示的“Create Instance”对话框中选择 Canister, 单击“OK”按钮，创建部件的实例。7图 9（2）执行主菜单中的“Tools”“Datum”命令，在弹出的 “Create Datum”对话框（如图 10 所示）中， “Type”选择 Plane,“Method”选择 Point and normal，然后在视图区选择如图 11 所示的 P1 点，在选择圆柱的母线作为法线的方向，这样就在 P1 处就创建了一个坐标平面。（3）再利用同样的方法，在 P3 处创建一个坐标平面。图 108图 11 创建通过两个点的基准平
6、面（4）执行主菜单中的“Tools”“Partition”命令，在弹出的 “Create Partition ”对话框（如图 12 所示）中， “”选择 Face， “”选择 Use datum plane，然后在视图区内选择如图 13 所示的 P1 点所在的半径较小的圆柱面，单击提示区的“Done ”按钮。选择上一步创建的通过 P1 点的坐标平面，单击提示区的“Done ”按钮，把半径较小的圆柱面剖分成两个部分。（5）利用同样的方法，把直径较大的圆柱面用通过 P3 的坐标平面剖分成两个部分。图 12P1P39图 13 剖分后的模型4、设置分析步和输出变量一、定义分析步（1）在环境栏模块后面选
7、择分析步，进入分析步模块（Step ） ，单击工具箱中的 （创建分析步） ，在弹出的“Create Step”对话框（如图 14 所示）中，选择分析步类型为“” ，单击“继续”按钮。（2）在弹出的“Edit Step”对话框（如图 15 所示）中接受默认设置，单击“OK”按钮完成分析步的定义。（3）利用同样的方法，定义另外两个通用静力分析步 Step2 和 Step3，单击工具箱中的（分析步管理器）按钮，查看生成的分析步（如图 16 所示） 。P1P310图 1411图 15图 16 查看生成的分析步二、设置变量输出（1）单击工具箱中的 （场输出请求管理器） ，在弹出的“Field Outpu
8、t Requests Manager”对话框（如图 17 所示）中可以看到 ABQUS/CAE 已经自动12生成了一个名为 F-Output-1 的历史输出变量。（2）单击“Edit”按钮，在弹出的“Edit Field Output Request”对话框（如图18 所示）中，可以增加或者减少某些量的输出，返回“Field Output Requests Manager”对话框，然后单击“关闭”按钮，完成输出变量的定义。（3）利用同样的方法，也可以对历史变量进行设置。图 1713图 185、定义载荷和边界条件本模型不涉及接触问题，所以可以直接跳过相互作用模块。一、定义边界条件（1） 在环境栏
9、模块后面选择载荷（Load） ，进入载荷功能模块，单击工具箱中的 （创建边界条件）按钮，弹出如图 19 所示的“Edit Boundary Condition”对话框，在弹出的对话框中输入边界条件的名称为 BC-Fixed， “”选择系统定义的初始分析步 Initial，类型选择 Mechanical14Displacement/Rotation，单击“继续”按钮。图 19（2） 用鼠标在图形区选择模型中的上下两个端面，单击鼠标中键，弹出如图 20 所示的“Edit Boundary Condition”对话框，选中 U1UR3 的复选框，完成边界条件的施加。15图 20（3） 定义好的边界条
10、件的模型如图 21 所示16图 21二、施加载荷（1） 单击工具箱中的 （创建载荷） ，在弹出的“”对话框中定义载荷名称为 Load-1,选择载荷类型为 “MechanicalConcentrated force”，如图22 所示，单击“继续”按钮。17图 22（2） 选择如图 23 所示的点，单击提示区的“Done”按钮，在弹出的“”对话框中，如图 24 所示， 输入“CF1 ：-8000，CF2：4000，CF3：1000” ，单击“OK”按钮，完成载荷的施加，完成了 Step-1 中的载荷的定义。图 23Load-1 作用点Load-2 作用点Load-3 作用点18图 24（3）在分析
11、步 Step-2 中，在如图 23 所示的 Load-2 作用点上施加 Load-2，三个分量的值“CF1：-8000，CF2 ：4000，CF3：1000” ；在分析步 Step-3 中，在如图 23 所示的 Load-3 作用点上施加切削力 Load-3，三个参数分量与 Load-1 与 Load-2 相同。施加载荷完成后的 “Load Manager”对话框如图 25 所示。图 2519（4）单击 Load-1 在 Step-2 中的传递，单击对话框右部的取消激活按钮，即把原来的继承属性取消，载荷 Load-1 在 Step-2 中不再起作用，利用同样的方法取消 Load-2 在 Ste
12、p-3 中的继承属性，完成后的“Load Manager”如图 26 所示。图 266、划分网格在环境栏模块后面选择网格，进入网格功能模块（1）设置网格密度单击 （种子部件）按钮，在图形区框选中整个模型，单击鼠标中键，在弹出的如图 27 所示的“Global Seeds”对话框中，在“Approximate global size”后面输入 0.01，然后单击“OK”按钮。图 2720（2）控制网格属性单击 （指派网格控制）按钮，在图形区框选中整个模型，单击鼠标中键，在弹出的如图 28 所示的“Mesh Control”对话框中，选择 “QuadSweep”，然后单击“OK”按钮。图 28（3
13、）控制网格属性单击工具区中的 （指派单元类型工具）按钮，在视图区选择模型，单击“OK”按钮，弹出“Element Type”对话框（如图 29 所示） ，默认设置，单击“OK”按钮，完成单元类型的选择。21图 29（4）划分网格单击工具区的 （为部件划分网格工具）按钮，单击提示区的“Done” ，完成网格划分，划分好的网格的模型如图 30 所示。22图 30 有限元网格模型7、提交作业（1）在环境栏模块后面选择作业（Job） ，进入作业模块。执行 “JobJob Manager”命令，单击 “”对话框（如图 31 所示）中的 “Create”按钮，定义作业名称为 canister，单击“继续”
14、按钮，完成作业定义。23图 31（2）单击“Submit ”按钮，提交作业。单击“Monitor”按钮，弹出“canister Monitor”对话框，可以看到分析过程中出现的警告信息，如图 32 所示。图 32（3）等分析结束后，单击“”按钮进入可视化模块（Visualization） 。248、后处理一、打开结果输出文件 canister.odb，有以下几种方法： 在作业管理器中单击结果按钮。 进入可视化模块中的 （打开）按钮，弹出“打开数据库”对话框，选择 canister.odb 文件，单击“OK”按钮。 在模型树中把模型切换到“Results”选项，双击打开数据库弹出“打开数据库”对
15、话框，选择 canister.odb 文件，单击“OK”按钮。二、显示 Mises 应力分布（1）单击工具区的按钮 （在变形图上绘制云图） ，视图区就会显示模型变形后的 Mises 云图（如图 33 所示） 。图 33 Step-1分析步中的应力云图（2）执行“ResultStep/Frame”命令，弹出“Step/Frame”对话框（如图 34所示） ，在分析步名称中选择 Step-2 和 Step-3，帧栏中选择 1，单击“OK”按钮，视图区内就会显示 Step-2 和 Step-3 分析步中的应力云图，如图 35 和 36 所示。25图 34图 35 Step-2分析步中的应力云图26图
16、 36 Step-3分析步中的应力云图三、创建任一路径线上的应力分布曲线（1）执行“ToolsPathCreate”命令，弹出“ Create Path”对话框（如图 37所示） ，单击“继续”按钮，弹出“Edit Node List Path”对话框，如图 38 所示，单击对话框中的“Add After ”按钮，在图形窗口中选择任一条线上的若干结点，单击提示区的“Done ”按钮，如图 39 所示，单击“OK”按钮，定义一条路径Path-1。图 3727图 38图 39 选择的任一条线的若干结点(2) 执行“ToolsXY dataCreate”命令，弹出“Create XY data”对话框（如图 40 所示）
