风能设备仿真软件：Abaqus二次开发_（3）.Abaqus中的有限元分析基础.docx

PAGE1

PAGE1

Abaqus中的有限元分析基础

在这一节中，我们将详细介绍Abaqus中的有限元分析基础，包括有限元方法的基本概念、Abaqus中的模型建立、材料定义、边界条件设置、加载条件、求解器选择以及结果分析等内容。通过本节的学习，您将能够掌握在Abaqus中进行有限元分析的基本步骤和关键技术。

1.有限元方法的基本概念

1.1有限元方法的定义

有限元方法（FiniteElementMethod,FEM）是一种数值分析方法，用于求解复杂的工程和科学问题。它通过将连续的结构或物体离散化为有限数量的单元（元素），并在每个单元上建立简单的数学模型，从而将复杂的连续问题转化为易于求解的离散问题。最终，通过求解这些单元的方程组，可以得到整个结构或物体的近似解。

1.2有限元方法的步骤

有限元方法通常包括以下步骤：

问题定义：明确需要解决的物理问题，包括几何形状、材料属性、边界条件和加载条件。

离散化：将连续体划分为有限数量的单元。

单元分析：在每个单元上建立数学模型，推导单元的刚度矩阵、质量矩阵等。

整体组装：将所有单元的方程组装成一个整体方程组。

求解：求解整体方程组，得到节点位移、应力、应变等结果。

后处理：对求解结果进行分析和可视化，验证结果的正确性和合理性。

1.3有限元方法的应用

有限元方法广泛应用于结构力学、热力学、流体力学、电磁学等领域。在风能设备仿真中，有限元方法主要用于结构分析，如叶片的应力分析、塔架的动力响应分析等。

2.Abaqus中的模型建立

2.1几何模型的创建

在Abaqus中，几何模型的创建可以通过多种方式进行，包括直接在Abaqus/CAE中建模、导入外部CAD模型或使用脚本创建。

2.1.1直接在Abaqus/CAE中建模

Abaqus/CAE提供了丰富的建模工具，可以直接创建复杂的几何模型。以下是创建一个简单几何模型的步骤：

启动Abaqus/CAE：打开Abaqus/CAE软件。

创建部件：在主菜单中选择Part，然后选择CreatePart。

选择几何类型：选择3DDeformableSolid，然后点击Continue。

绘制几何：使用Sketch工具绘制二维几何图形，然后通过Extrude或Revolve等工具将其扩展为三维模型。

2.1.2导入外部CAD模型

Abaqus/CAE支持多种格式的CAD模型导入，包括IGES、STEP、SAT等。以下是导入外部CAD模型的步骤：

启动Abaqus/CAE：打开Abaqus/CAE软件。

创建部件：在主菜单中选择Part，然后选择ImportPart。

选择文件：选择要导入的CAD文件，然后点击Open。

检查模型：导入后，检查模型的几何是否正确，如有必要进行修复。

2.2网格划分

网格划分是将几何模型离散化为有限元模型的关键步骤。Abaqus/CAE提供了多种网格划分工具，可以根据模型的复杂性和分析需求选择合适的网格类型。

2.2.1网格划分类型

Abaqus中的网格划分类型主要包括：

结构网格：适用于规则几何形状，如矩形、圆柱等。

自由网格：适用于复杂几何形状，通过自动划分生成网格。

映射网格：通过映射技术将简单几何形状的网格映射到复杂几何形状上。

2.2.2网格划分步骤

以下是网格划分的基本步骤：

选择部件：在模型树中选择要划分网格的部件。

设置网格参数：在Mesh模块中设置网格参数，如网格大小、单元类型等。

生成网格：选择合适的网格划分工具，生成网格。

检查网格：生成网格后，检查网格的质量，如有必要进行优化。

2.3材料定义

在Abaqus中，材料定义是有限元分析的重要步骤。通过定义材料属性，可以准确模拟结构在不同载荷和环境条件下的行为。

2.3.1材料类型

Abaqus支持多种材料类型，包括：

弹性材料：线性弹性、非线性弹性。

塑性材料：金属塑性、土壤塑性。

复合材料：层合材料、纤维增强材料。

2.3.2材料定义步骤

以下是材料定义的基本步骤：

创建材料：在主菜单中选择Property，然后选择CreateMaterial。

设置材料属性：根据需要选择材料类型，并设置相应的材料属性，如弹性模量、泊松比等。

应用材料：将定义好的材料应用到模型的相应部分。

2.4边界条件设置

边界条件用于约束模型的自由度，使其符合实际工程条件。Abaqus中可以设置多种边界条件，包括位移边界条件、速度边界条件、温度边界条件等。

2.4.1位移边界条件

位移边界条件用于固定模型的某些部分或限制其运动。以下是设置位移边界条件的步骤：

选择模型部分：在模型树中选择要设置边界条件的部分。

创建边界条件：在主菜单中选择Load，然后选择CreateBoundaryCondition。

设