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abaqus基础讲义(士盟科技).pdf

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Abaqus各銷售版之注意事項 (Starter, Portfolio & Regular)
Abaqus Basic 授課內容與時程 第一天上午 • L1 - Abaqus_CAE 總覽(Overview) • L2 - 零件(Part) • L3 - 材料與斷面性質(Property) • L4 - 組裝(Assembly) • L5 - 分析步與輸出(Step & Output) • L6 - 負載與邊界條件(Load & BC) 第一天下午 • W1 - 懸臂樑受均布荷重靜態分析 • L7 - 網格(Mesh) • L8 - 工作(Job) • L9 - 後處理(Visualization) • L10 - 拘束條件(Constraint) • L11 - 剛體(Rigid Body) • L12 - 材料與幾何非線性(Nonlinear) • L13 - 元素選擇(Element Selection) 第二天上午 • L14 - 接觸(Contact) • W2 - 金屬彈片下壓回彈分析 第二天下午 • W3 - 卡榫插入分析 • L15 - 輸入檔(Inp File) 第三天上午 • L16 - 動力分析(Dynamics) • W4 - 懸臂平板自然頻率求取 • W5 - USB 隨身碟落摔模擬 第三天下午 • W5 - USB 隨身碟落摔模擬(續) • L16 - 動力分析(Dynamics) • L17 - 原生零件(Native Part) • L18 - 幾何修復(Geometry Repair) • L19 - 網格與分割(Mesh & Partition)Part1 • L20 - 網格與分割(Mesh & Partition)Part2 注意事項 • 請到外面櫃台,簽到,領取講義與上課問卷,登記午餐。 • 講義編排方式由左到右,由上到下,一面 A4 有四張投影片。 • 上課中,請把手機轉振動,並請於教室外講電話。 感謝您的配合。 SIMUTECH
目錄 L1 Abaqus/CAE 綜覽 ............................................................................................ 1.1 • Check List .................................................................................................... 1.3 • 甚麼是有限元素法(FEA)? ........................................................................ 1.10 • 甚麼是 Abaqus FEA?................................................................................. 1.12 • 簡介 Abaqus/Standard ............................................................................. 1.15 • 開啟 Abaqus/CAE ..................................................................................... 1.19 • Abaqus/CAE 操作介面 ............................................................................. 1.22 • CAE 檔與模型 ........................................................................................... 1.34 • Abaqus 的規定 ......................................................................................... 1.38 • 使用手冊 .................................................................................................. 1.46 • 用模型樹或是 Module 依序建立模型 ..................................................... 1.52 L2 零件(Part) ....................................................................................................... 2.1 • 甚麼是零件(Part)與零件之定義 ................................................................ 2.4 L4 組裝(Assembly) ............................................................................................... 4.1 • 何謂組裝? ................................................................................................ 4.4 • 定位零件分身(Part Instance) ................................................................... 4.12 • 排列(Patterning) & 布林(Boolean)運算 .................................................. 4.20 • 群組(Set)與面(Surface) ............................................................................ 4.24 • 顯示群組(Display Group) ......................................................................... 4.28 L5 分析步與輸出(Step & Output) ................................................................... 5.1 • 分析步驟(Step)與程序(Procedure) .............................................................. 5.4 • 輸出(Output) .............................................................................................. 5.14 L6 負載與邊界條件(Load & BC) ...................................................................... 6.1 • 載重與邊界條件(Load & BC) ........................................................................ 6.4 • 初始條件(Initial Condition) ........................................................................ 6.21 • 設定流程與邏輯觀念 ................................................................................. 6.23 • 匯入外部幾何體......................................................................................... 2.8 • 匯入外部網格 .......................................................................................... 2.30 • 其他 .......................................................................................................... 2.38 L3 材料與斷面性質(Property) ............................................................................ 3.1 • 概述 Abaqus 材料模式 .............................................................................. 3.4 • 導論 ............................................................................................................ 3.7 • 線彈性 ...................................................................................................... 3.19 • 金屬塑性 .................................................................................................. 3.23 • 材料資料庫 .............................................................................................. 3.29 L7 網格(Mesh) ....................................................................................................... 7.1 • 介紹 .............................................................................................................. 7.4 • 相依(Dependent)與獨立(Independent)的零件分身 ................................. 7.11 • 網格生成技術 ............................................................................................ 7.18 • 套用不同的網格技術 ................................................................................. 7.28 • 控制網格密度與層次 ................................................................................. 7.33 • 選用元素 .................................................................................................... 7.38 • 確認網格品質 ............................................................................................ 7.42 • 查詢質量與網格......................................................................................... 7.46 • 材料試驗曲線校正 ................................................................................... 3.31 • 截面性質 .................................................................................................. 3.33 L8 工作(Job) ........................................................................................................... 8.1 • 建立分析工作 .............................................................................................. 8.4 • 交付分析(Submit) ........................................................................................ 8.7 • 監看求解過程(Monitor) ............................................................................... 8.9 SIMUTECH
L9 後處理(Visualization)........................................................................................ 9.1 L12 材料與幾何非線性(Nonlinear) ............................................................... 12.1 • 開啟 ODB 檔 ................................................................................................. 9.5 • 結構力學裡的非線性 ................................................................................. 12.3 • 結果樹(Result Tree)與 Viewport .................................................................. 9.8 • 使用 Implicit 方法的非線性分析 ............................................................... 12.8 • 後處理工作盒 ............................................................................................ 9.12 • Abaqus 模擬中考慮非線性 ...................................................................... 12.16 • Field Output 的顯示 ................................................................................... 9.14 • 診斷與除錯 .............................................................................................. 12.20 • Common Options........................................................................................ 9.18 • 收斂(與接觸無關) .................................................................................... 12.31 • Result Options – Computation ................................................................... 9.20 • Result Options – Transformation ................................................................ 9.26 L13 元素選擇(Element Selection) ....................................................................... 13.1 • ODB Display Options .................................................................................. 9.28 • 結構元素(薄殼&樑元素) ............................................................................ 13.3 • View Cut & Free Body Cut .......................................................................... 9.34 • 使用連體元素模擬彎曲問題 ..................................................................... 13.6 • 動畫 ............................................................................................................ 9.41 • 不相容模式元素....................................................................................... 13.15 • 查詢結果 .................................................................................................... 9.44 • 應力集中 .................................................................................................. 13.18 • 顯示群組與顏色標記 ................................................................................. 9.46 • 網格生成 .................................................................................................. 13.30 • X-Y Plot ....................................................................................................... 9.53 • 多個 Viewport 繪圖 ................................................................................... 9.62 L14 接觸(Contact) ................................................................................................ 14.1 • 圖形資料與動畫輸出 ................................................................................. 9.68 • 介紹 ............................................................................................................ 14.4 • 模擬接觸的方式......................................................................................... 14.5 L10 拘束條件(Constraint) .................................................................................... 10.1 • 定義 General Contact ............................................................................... 14.10 • 介紹 ............................................................................................................ 10.4 • 定義 Contact Pairs .................................................................................... 14.14 • Tie Constraints ............................................................................................ 10.9 • Contact Pairs 的面 .................................................................................... 14.23 • Coupling Constraints................................................................................. 10.14 • 接觸面上的行為 ..................................................................................... 14.27 • Shell-to-solid Coupling.............................................................................. 10.18 • 接觸輸出 .................................................................................................. 14.34 • 設定接觸的邏輯....................................................................................... 14.38 L11 剛體(Rigid Body) ........................................................................................... 11.1 • • 何謂剛體? ................................................................................................ 11.3 L15 輸入檔(Inp File) ............................................................................................ 15.1 • 剛體零件 .................................................................................................... 11.6 • Abaqus 輸入檔 ........................................................................................... 15.3 • 剛體拘制(Rigid Body Constraint) ............................................................. 11.15 • 編輯 Inp 檔 ............................................................................................... 15.16 • 三種剛體之比較....................................................................................... 11.20 • 匯入 Inp 檔 ............................................................................................... 15.20 • 執行分析 Inp 檔 ....................................................................................... 15.22 SIMUTECH
L16 動力分析(Dynamics) ..................................................................................... 16.1 • 檢視網格品質 ........................................................................................ 20.53 • 動力問題的本質......................................................................................... 16.3 • Workshops .............................................................................................. 20.58 • 動力問題的方程式 ..................................................................................... 16.5 • 線性動力學 ................................................................................................ 16.7 W1 懸臂樑受均布荷重靜態分析 ........................................................................ W1.1 • 非線性動力學 .......................................................................................... 16.15 • 習題說明 ................................................................................................... W1.2 • 比較 Abaqus/Standard 與 Abaqus/Explicit.............................................. 16.24 • Part Module ............................................................................................... W1.5 • W04 懸臂平板自然頻率求取 ................................................................. 16.31 • Property Module ....................................................................................... W1.7 • W05 USB 落摔分析 .................................................................................. 16.32 • Assembly Module .................................................................................... W1.12 • Step Module ............................................................................................ W1.13 L17 猿聲零件(Native Part) ................................................................................ 17.1 • Load Module ............................................................................................ W1.16 • 使用零件模組工具來建立一個零件 ....................................................... 17.2 • Mesh Module .......................................................................................... W1.22 • Job Module .............................................................................................. W1.27 L18 幾何修復(Geometry Repair) ....................................................................... 18.1 • Visualization Module ............................................................................... W1.30 • 幾何修復 .................................................................................................. 18.3 • 查詢及診斷工具..................................................................................... 18.20 W2 金屬彈片下壓回彈分析 ............................................................................... W2.1 • 幾何匯入流程圖..................................................................................... 18.23 • 習題說明 ................................................................................................... W2.2 • 薄殼抽中面 ............................................................................................ 18.25 • Part Module ............................................................................................... W2.5 • Workshops .............................................................................................. 18.35 • Property Module ..................................................................................... W2.10 • Assembly Module .................................................................................... W2.17 L19 網格與分割 (Mesh & Partition)Part1 ............................................................ 19.1 • Set & Surface ........................................................................................... W2.21 • 網格編輯 .................................................................................................. 19.3 • Step Module ............................................................................................ W2.26 • 網格生成技術 ........................................................................................ 19.14 • Interaction Module .................................................................................. W2.31 • Virtual Topology ..................................................................................... 19.26 • Load Module ............................................................................................ W2.41 • Workshops .............................................................................................. 19.41 • Mesh Module .......................................................................................... W2.50 • Job Module .............................................................................................. W2.71 L20 網格與分割(Mesh & Partition)Part2 .............................................................. 20.1 • Visualization Module ............................................................................... W2.76 • 更多控制網格的方法 ............................................................................... 20.3 • 生成及合併可網格化的區域 ................................................................. 20.18 • 在旋轉成型區域生成六面體網格 ......................................................... 20.31 • 網格堆疊方向-實驗薄殼 ........................................................................ 20.36 SIMUTECH
W3 卡榫插入分析 ............................................................................................... W3.1 • Mesh Module .......................................................................................... W5.32 • 習題說明 ................................................................................................... W3.2 • Job Module .............................................................................................. W5.46 • Part Module ............................................................................................... W3.5 • Visualization Module ............................................................................... W5.47 • Property Module ..................................................................................... W3.13 • 延伸練習:USB 的推出 .......................................................................... W5.48 • Assembly Module .................................................................................... W3.30 • Set & Surface ........................................................................................... W3.38 Abaqus 各銷售版之注意事項 (Starter, Portfolio & Regular) • Step Module ............................................................................................ W3.45 • Interaction Module .................................................................................. W3.51 • Load Module ............................................................................................ W3.68 • Mesh Module .......................................................................................... W3.75 • Job Module .............................................................................................. W3.88 • Visualization Module ............................................................................... W3.92 W4 懸臂平板自然頻率求取 .............................................................................. W4.1 • 習題說明 ................................................................................................... W4.2 • Property Module ....................................................................................... W4.6 • Step Module .............................................................................................. W4.9 • Interaction Module .................................................................................. W4.16 • Load Module ............................................................................................ W4.18 • Mesh Module .......................................................................................... W4.23 • Job Module .............................................................................................. W4.26 • Visualization Module ............................................................................... W4.27 W5 USB 落摔分析 ............................................................................................... W5.1 • 習題說明 ................................................................................................... W5.2 • Property Module ....................................................................................... W5.9 • Assembly Module .................................................................................... W5.16 • Step Module ............................................................................................ W5.17 • Interaction Module .................................................................................. W5.25 • Load Module ............................................................................................ W5.25 SIMUTECH
Abaqus/CAE綜覽 (Overview) Lecture 1 1.1 1.2 大綱 • Check List • 甚麼是有限元素法(FEA)? • 甚麼是Abaqus FEA? • 簡介Abaqus/Standard • 開啟Abaqus/CAE • Abaqus/CAE操作介面 • CAE檔與模型 • Abaqus的規定 • 使用手冊 • 用模型樹或是Module依序建立模型 1.3 1.10 1.12 1.15 1.19 1.22 1.34 1.38 1.46 1.52 Abaqus Basic 1 Abaqus Basic 1 1.3 1.4 Abaqus/CAE的各個模組(建模順序:由左到右,由上到下) Abaqus/CAE模型構成要件檢查表 零件(part) 性質(property) 組裝(Assembly) • 創造零件的幾 何外觀 (必要的 話,還有劃分截 面的區域) • 定義材料 • 定位零件分身 • 定義其他分割 出來的零件 • 為零件設定截 面性質 步驟(Step) 交互(Interaction) 載重(Load) • 定義分析步驟與所需的輸出 • 定義不同零件 之間的接觸與其 他的交互作用, 並設定用於不同 的分析步驟。 • 設定載重、 邊界條件與初 始條件,並設 定用於不同的 分析步驟。 網格(Mesh) 工作(Job) 結果後處理(Visualization) • 劃分網格 • 交付、管理與 監控分析工作。 • 檢視結果 必須有 必須有 必須有 必須有 必須有 必須有 零件(Part) 材料(Material) 截面(Section) 至少一個 至少一個 至少一個 指定截面(Section Assignment) 在零件層級的子項目群裡設定 組裝 (Assembly) 至少一個組成件 步驟 (初始條件之後)(Step) 由使用者建立 通常需要 邊界條件(Boundary Condition) 可當做初始條件 通常需要 載重(Load) 初始條件之後 必須有 必須有 網格(Mesh) 工作(Job) 可在零件或組裝時完成 實際執行分析 Abaqus Basic 1 Abaqus Basic 1 SIMUTECH
單位一致性 • 單位 • Abaqus採無因次單位。 • 使用者須注意單位一致。 1.5 1.6 工程&真實應力應變之轉換 • 應變: ε nom = ∆ l l 0 , ε = ln    l l 0    , ε = ln(1 + ε ) nom . 對數應變 工程應變 • 應力: σ = nom F A 0 , σ= F A . σ σ = nom + (1 ε nom ) . 單位一致性的常用系統 真應力 工程應力 工程應變 Abaqus Basic 1 Abaqus Basic 1 實體元素選用時機 (S) Abaqus/Standard only 實體元素選用時機 1.7 1.8 (S) Abaqus/Standard only 問題種類 最佳元素選擇 避免使用 可變形體之間的General 一階四邊形/六面體,或是修正的 contact 二階三角形/四面體 二階元素,使用node-to- surface的接觸離散法(S) 具有彎曲的接觸 不相容模式(Incompatible) 一階全積分四邊形/六面體, 或二階元素,使用node-to- surface的接觸離散法(S) 彎曲(無接觸) 應力集中 幾乎不可壓縮 二階 二階 一階全積分 一階 (ν> 0.475 或是可觀的塑 一階元素或二階減積分元素(S) 二階全積分 性應變 εpl > 10%) 完全不可壓縮(橡膠 ν= 0.5) 混合四邊形/六面體(Hybrid)(S),一 階元素(如果涉及過大的變形) 問題種類 整塊金屬成型 (網格嚴重扭曲) 複雜模型幾何(線性材料, 無接觸) 複雜模型幾何 (非線性材料,或是接觸) 複雜三維模型幾何 (幾乎不可壓縮) 自然頻率(線性動力學) (S) 非線性動力學(撞擊) 最佳元素選擇 避免使用 一階減積分四邊形/六面體(S)或修正二階三角形 二階四邊形/六 /四面體 面體(S) 二階三角形/四面體 (基於網格鋪設便利性) 如果可以,一階四邊形/六面體(如果沒有整體 扭曲)。如果在乎網格需求,使用二階三角 形/四面體(修正模式;只有搭配surface-to- surface的接觸離散法時才使用正常模式(S)) 二階三角形/四面體:混合(S),或是C3D10I(S)( 如果有彎曲),或C3D10M(如果也有接觸), 或C3D10(S)(採用surface-to-surface接觸離 散法的接觸) 二階 一階 二階 Abaqus Basic 1 Abaqus Basic 1 SIMUTECH
1.9 1.10 名詞釋疑 • Part = 零件 • Native Part = 在Abaqus/CAE中建立的零件 • Native CAD Geometry = 在外部CAD軟體所建立的幾何體(零件或組裝成品), 以原本CAD檔案格式匯入Abaqus/CAE • Part Instance = 零件分身、組成件 • Dependent Part Instance = 在零件模組之下對零件切網格 • Independent Part Instance = 在組裝模組之下對組裝件切網格 • Native Mesh = 在Abaqus/CAE介面下,對一個幾何體鋪設的網格 • Orphan Mesh = 不是在Abaqus/CAE鋪設的網格 • Vertex(Vertices) = 幾何點 • Node = 網格點 甚麼是有限元素法(FEA)? Abaqus Basic 1 Abaqus Basic 1 1.11 1.12 甚麼是有限元素法(FEA)? • 回顧材料力學 • 懸臂樑的尺寸L, b, h 零件幾何外型 • 等向性材料以及E, ν 材料性質 • 均質截面以及截面尺寸 I 截面性質 • 單一零件 一個組成件 • 單純的靜力分析 一個分析步驟 • 均佈荷重q 載重 • 左端為固定端 邊界條件 • 計算A點反力、應力、C點位移 輸出 甚麼是Abaqus FEA? h b 有限元素法: 空間離散化,將整 個模型切成有限個 單元,因此稱為有 限元素法 切割 網格的動作 單一分析每個元素, 再組合 Abaqus Basic 1 Abaqus Basic 1 SIMUTECH
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