ANSYS与ABAQUS实例比较 | 悬臂梁受分布力系的变形分析

一根悬臂梁,长200mm,截面是30mm*20mm的矩形(高度方向是20mm)。该梁左端固定,在其上面施加向下的分布力系,载荷集度是0.6Mpa.已知材料使用低碳钢,弹性模量是200GPA,泊松比是0.3,要计算梁的位移。

这是最简单的入门级问题,线性材料,静力学分析。

下面分别采用ANSYS17和ABAQUS6.14求解。

1. 创建分析系统

创建一个静力学分析系统

2. 设置材料属性

双击engineering data,对于默认的钢材设置弹性模量是200GPA,泊松比是0.3

这里是默认值,不需要改变。

3. 创建几何模型

双击geometry,进入到DM.设置毫米为长度单位。

从如下菜单进入,选择BOX

设置要创建长200mm,截面是30mm*20mm的长方体。

创建结果如下图

退出DM.

4. 划分网格

双击model进入mechanical,设置单元尺寸为10mm,划分网格。

划分结果如下图

5. 固定左端

6. 施加分布力系

在上面施加分布力系,载荷集度是0.6Mpa

7.求解

8. 后处理

考察在竖直方向的变形

可见,自由端的最大位移量是0.89551mm.

考察米塞斯应力,最大值是170.14MPa.

1. 创建部件

创建一个新部件,设置如下。这是一个三维实体,通过拉伸方式创建。

先创建截面30mm*20mm,然后拉伸200mm得到实体如下图

2. 创建材料和截面属性

(1)创建材料,给定弹性模量和泊松比。由于是以mm为单位,所以杨氏模量改变了数值。

200GPA = 200E9 (N/M2) = 200E3(N/MM2)

(2)创建截面

设置为均值的实体截面类型

并未该截面分配前面创建的材料模型如下图

(3)将截面属性分配给部件

将上面所创建的截面属性分配给长方体。

3. 定义装配体
定义一个装配体,该装配体中只包含上面的部件。

4. 设置分析步

添加一个静力学分析步

5. 固定左端

在初始分析步中定义固定边界条件

选择左端面,固定所有自由度

结果如下图

6. 施加分布力系

在静力学载荷步中添加压强。

对上表面施加0.6Mpa的分布力系

结果如下图

7. 划分网格

设置网格尺寸为10mm

选择C3D8I单元

划分网格结果如下图

8. 提交分析作业

创建作业

提交作业

9. 后处理

考察在竖直方向的变形

可见最大位移发生在自由端,是0.8921mm

考察米塞斯应力,最大是168.4Mpa

• 从计算结果来看,ANSYS是:自由端的最大位移量是0.89551mm;米塞斯应力最大值是170.14MPa. ABAQUS是:自由端的最大位移量是0.8921mm;米塞斯应力最大值是168.4Mpa。可见,位移的差值非常小,相对误差是0.4%。而米塞斯应力的差距为1%左右。可见,对于位移的计算,二者几乎一致。而应力的计算,则可能二者采用了不同的后处理方法,结果差距也很小。从这个角度来看,对于这种简单的线弹性静力学分析而言,用ANSYS或者ABAQUS功效相仿。

• 从操作步骤来看,由于ABAQUS中没有提供单位,用户必须自己保证单位的一致性。这一点对于初学者而言尤其重要。因为单位的不一致导致的离奇结果经常让初学者对于有限元软件失去信心,不过ANSYS的WB很好的解决了这个问题。在这个方面,ANSYS具备优势。

• 从几何建模来看,二者几乎相同。

• 从网格划分来看,ANSYS隐藏了关于单元的选择问题,而ABAQUS则开放了此接口,让用户自己选择合适的单元。这对于高级用户是有利的。实际上,ANSYS WB中隐藏单元选择以后,对于笔者而言是很不习惯的。就笔者自己的偏好而言,在这个方面,ABAQUS处理得更妥当一些。

• 从材料设置来看,应该说ANSYS更人性化,很多数据都是自动提供的,用户只要稍作修改就可以。而ABAQUS需要自己设置,相比麻烦一些。

• 从分析步这个概念来看,笔者感觉分析步的概念在ABAQUS中是十分重要,而ANSYS虽然也只有载荷步的概念,但是它是不明晰的。正是因为ABAQUS提供了明确的分析步的概念,使得对于多步骤的分析显得相当简单而直观,而在ANSYS中则不是那么容易理解。从个人偏好而言,笔者十分欣赏ABAQUS的分析步概念。在任何一个学科中,该学科提供了哪些基本概念,直接决定着该学科的理论水平,应该说,ABAQUS的概念层次十分清晰。有材料后,将材料分配给截面,将截面分配给部件,将部件组装成装配体,然后对之确定分析步,在各个分析步中分别施加不同的边界条件,再得到作业,并进行仿真。这一套概念,思路十分清晰。这种清晰的层次概念是ANSYS所缺乏的。

• 总体来说,就静力学分析而言,二者效率和精度都相仿;就思路而言,ABAQUS更清晰;就方便性而言,ANSYS更简洁明快。