Курс лекций по основам численного расчета на прочность в программном комплексе abaqus (стр. 6 из 8)
Для задания физических свойств деталей необходимо перейти в модуль PROPERTY. В окне Edit Material создайте материал при помощи известных команд меню Material – Create, у которого следующие упругие характеристики: Density r=7850 кг/мм3, Young’s Modulus Е=2e+7 МПа, Poisson’s Ratio n=0.3. Пластические характеристики материала задаются, используя закладки Mechanical – Plasticity – Plastic так, как показано на рисунке 5.1.
| Yield Stress | Plastic Strain |
| 3000 | 0 |
| 3400 | 0.03 |
| 4000 | 0.07 |
| 4500 | 0.1 |
| 4800 | 0.15 |
| 5100 | 0.2 |
| 5300 | 0.25 |
| 5400 | 0.3 |
| 5350 | 0.35 |
| 5200 | 0.4 |
| 5000 | 0.45 |
Рисунок 5.1.
Далее создайте однородное сечение для твердотельных элементов, используя элемент меню Section – Create или соответствующую кнопку. Перед тем как присвоить созданные свойства балке, необходимо убедится, что она в панели состояния является активной деталью.
Один из самых важных этапов это создание сборки деталей посредством их пространственных привязок. Перейдите в модуль ASSEMBLY. В сборке участвуют две детали, по умолчанию Part-1 и Part-2, то есть шар и балка. Включение привязок в сборку осуществляется использованием команд меню Instance – Create или кнопки Instance Part, как во втором занятии. Теперь необходимо отцентрировать балку относительно шара. Надо переместить деталь против направления оси «Y» на 5.5 мм и против направления оси «Z» на 50мм,
воспользовавшись элементом меню Instance – Translate или кнопкой Translate Instance. Укажите мышью на балку, она выделится красным цветом, и нажмите кнопку Done. Внизу, в окне на панели управления сначала задается начальная координата вектора переноса, а затем конечная. Совсем не обязательно, чтобы это были точки, принадлежащие деталям. Например, введите пару точек (0.0, 5.5, 50.0) и (0.0, 0.0, 0.0). После задания последней координаты деталь переносится в требуемое положение, которое надо подтвердить, нажав кнопку ОК. Как видите, теперь на экране две балки. Удалите старую балку, 
входящую в шар, посредством команд Feature – Delete или нажав кнопку Delete Feature. Укажите мышью не нужную более деталь и нажмите кнопку Done.В модуле STEP включите опцию нелинейного анализа NlGeom = On и создайте еще один шаг расчета, аналогичный имеющемуся, по умолчанию – Step-2. Описание его укажите как Motion.
Модуль INTERACTION еще не рассматривался подробно в данном руководстве. Как было сказано ранее, этот модуль служит для определения взаимодействий деталей в сборке, а также задания свойств этих взаимодействий. Новое взаимодействие задается командами меню Interaction – Create или кнопкой Create Interaction. Появляется окно Create Interaction, в котором укажите для первого шага расчета, по умолчанию Step-1, Types for selected step как поверхностный контакт Surface-to-surface contact (Standard). После выбора опций кнопкой ОК на экране задаются контактные зоны, главная (master) и подчиненная (slave). Сначала выбирается главная поверхность. Из двух контактных поверхностей главная поверхность должна быть более жесткой, в данной задаче это шар. На экране выбранная поверхность становиться красной. Если выбранная поверхность определяется плоскими элементами, или является абсолютно жесткой поверхностью, то необходимо определить, какая ее сторона будет находиться в контакте. После нажатия кнопки Done на поверхности появляются две стрелки: фиолетовая (Magenta) и желтая (Yellow), указывающие на две стороны. Необходимо выбрать одну из них, в данном примере фиолетовую, нажав на кнопку Magenta на панели инструкций. Подчиненная зона может быть задана как поверхностью, так и группой узлов. В данном случае подчиненная зона определяется поверхностью, и в панели инструкций надо нажать на кнопку Surface. Если на текущем виде в окне Viewport требуемую сторону поверхности выделить невозможно, так она перекрыта не контактирующей стороной, то необходимо развернуть деталь так, чтобы была видна верхняя сторона балки, и выбрать ее выступающую часть. Развернуть сборку можно, используя панель видов, которая вызывается при использовании команд меню View – Views Toolbox… F8. Панель видов показана на рисунке 5.2. 
Рисунок 5.2.
После выбора подчиненной поверхности кнопкой Done в окне Edit Interaction необходимо задать другие свойства соединения. Немаловажное значение имеет задание параметров подгонки узлов, которая необходима при проникновении главной поверхности в подчиненную поверхность. В секции Slave Node Adjustment требуется выбрать опцию Adjust only overclosed nodes (подгонять только проникающие узлы). Формулировку проскальзывания Sliding Formulation задайте конечной Finite Sliding. Для задания механических свойств соединения необходимо в окне Edit Interaction нажать кнопку Create или кнопку Create Interaction Property. Появляется одноименное окно, в котором задается тип взаимодействия – контакт Contact. После задания типа взаимодействия, необходимо определить свойства контактного взаимодействия в окне Edit Contact Property, возникающем по нажатию кнопки Continue. В данной задаче достаточно определить касательное взаимодействие и нормальное. Эти свойства задаются при использовании команд меню Mechanical – Tangential Behavior и Mechanical – Normal Behavior, соответственно. Для Tangential Behavior задайте формулировку Friction Formulation как Penalty, укажите направленность Directionality изотропной Isotropic и введите коэффициент трения Friction Coefficient = 0.05. Для Normal Behavior оставьте настройки, используемые по умолчанию. Закройте все окна нажатием кнопок ОК.В модуле LOAD шар необходимо закрепить по всем степеням свободы, применив граничное условие Encastre. Это условие должно присутствовать на начальном шаге (Initial) и распространяться на все остальные шаги интегрирования. Условие задается, используя опцию Create в Boundary Condition Manager. Тип граничного условия для всех шагов Symmetry/Antysymmetry/Encastre. В качестве области применения граничного условия, необходимо использовать не весь шар, а только его опорную точку Reference Point.
В качестве воздействия – имитации падения шара – задается перемещение грани балки вдоль оси “Y”. Для этого также используйте Boundary Condition Manager, в котором на шаге Step-2 на боковом свободном торце балки задайте граничное условие типа Displacement/Rotation – перемещение по оси «Y» на 10 мм, то есть U2= 10. Помимо воздействия необходимо закрепить боковые грани балки от перемещений вдоль оси «Z» и вращения вокруг оси «X» и «Y». Для этого на шаг Initial задайте граничное условие Symmetry/Antysymmetry/Encastre типа ZSYMM, которое распространяется на все шаги анализа. Всего должно быть 4 граничных условия, включая заделку торца балки. Она наследуется из файла, полученного на второй лекции, однако объект, к которому она приложена, уже удален. Выделите BC-1 в менеджере граничных условий и нажмите кнопку Edit. ABAQUS выдаст предупреждение и предложит вам заново задать граничное условие, для чего нажмите кнопку Yes. В появившемся окне Edit Boundary Condition нажмите кнопку Edit Region, после чего выберите для заделки удаленный от шара торец балки.
Перейдите в модуль MESH. От разбиения сетки в контактных задачах очень сильно зависит сходимость решения. Правильно созданная сетка может значительно сократить время решения. Сначала проводится разбиение главной поверхности. Сетка здесь должно быть более крупной, чем на подчиненной поверхности. Используя команды меню Seed – Instance или кнопку Seed Part Instance задайте размер элемента по периметру шара равным 2 мм. Далее с помощью кнопки Assign Mesh Controls или вызова команд меню Mesh – Controls измените тип объемных элементов на треугольники TRI. Создание сетки по шару произведите обычным образом, используя команды меню Mesh – Instance или кнопку Mesh Part Instance.
В свою очередь, сетка балки в зоне контакта должна быть более мелкой. Для того, чтобы измельчить новую сетку, необходимо разбить ее посредине на две подобласти. Эта операция проводится в три этапа. Сначала создается вспомогательная плоскость, направляющая для разбиения, потом проводится разбиение на подобласти, после чего можно строить конечно-элементную сетку. Построение направляющей плоскости осуществляется с помощью команд меню Tools – Datum. В появившемся окне Create Datum задайте тип направляющей как плоскость Plane и метод ее построения Point and Normal. Выбранный метод требует задать точку и нормаль и может быть вызван при использовании кнопки Create Datum Plane by Edge. Точка выбирается посредине балки, а в качестве нормали одно из ее длинных ребер. На экране плоскость будет отображена желтой прерывистой линией. Используя вспомогательную плоскость, можно провести разбиение балки на две половины. Для этого необходимо снова воспользоваться элементом меню Tools – Partition. Выбирается тип разбиваемого объекта – Cell и метод - Use datum plane. Альтернативно, можете нажать кнопку Partition Cell: Use Datum Plane. На экране выбирается созданная вспомогательная плоскость, после нажатия кнопки Create Partition она автоматически разбивает балку – единственный деформируемый объемный объект.