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1、基于ABAQUS简支梁受力和弯矩的相关分析（梁单元和实体单元）对于简支梁，基于 ABAQUS2016，首先用梁单元分析了梁受力作用下的应力，变形，剪力和力矩；对同一模型，并用实体单元进行了相应的分析。另外，还分析了梁结构受力和弯矩作用下的剪力及力矩分析。对于CAE仿真分析具体细节操作并没有给出详细的操作，不过在后面上传了对应的cae，odb，inp文件。不过要注意的是本文采用的是ABAQUS2016进行计算，低版本可能打不开，可以自己提交inp文件自己计算即可。可以到小木虫搜索：“基于ABAQUS简支梁受力和弯矩的相关分析”进行相应文件下载。对于一简支梁，其结构简图如下所示，梁的一段受固支，一
2、段受简支，在梁的两端受集中载荷，梁的大直径D=180mm，小直径d=150mm，a=200mm，b=300mm，l=1600mm，F=300000N。现通过梁单元和实体单元分析简支梁的受力情况，变形情况，以及分析其剪力和弯矩等。材料采用45#钢，弹性模量E=2.1e6MPa，泊松比v=0.28。图1 简支梁结构简图1.梁单元分析ABAQUS2016中对应的文件为beam-shaft.cae ，beam-shaft.odb，beam-shaft.inp。在建立梁part的时候，采用三维线性实体，按照图1所示尺寸建立，然后在台阶及支撑梁处进行分割，结果如图2所示。图2 建立part并分割接下来为梁
3、结构分配材料，创建材料，定义弹性模量和泊松比，创建梁截面形状，如图3，非别定义两个圆，圆的直接分别为180和150mm。然后创建两个截面，截面选择梁截面，再选择图2中的所有梁，定义梁的方向矢量为（0，0，-1）（点击图3中的n2，n1，t那个图标即可创建梁的方向矢量），最后把创建好的梁赋给梁结构。图3 创建梁截面形状接下来装配实体，再创建分析步，在创建分析步的时候，点击主菜单栏的Output，编辑Edit Field Output Request，在SF前面打钩，这样就可以在结果后处理中输出截面剪力和力矩，如图4所示。在Load加载中，在固支处剪力边界条件，约束x，y，z，及绕x和y轴的转动，
4、如图5所示，同理，在固支另一处约束y，z，及绕x和y轴的转动。在梁的两端添加集中力，集中力的大小为300000N。最后对实体部件进行分网，采用B32梁单元，网格尺寸为10。完成以上工作后，创建作业并提交分析。（由于操作比较简单，故没有详细列下所有操作步骤。）图4 Step中SF输出编辑图5 边界条件约束图6为等效应力云图，可知最大应力为181.1MPa，最大位置出现在梁台阶处（梁直径变化处）。根据材料力学，最大弯矩应力产生在C截面，同时根据材料力学知道AB段处的最大应力，其应力为 (1) (2)从图6和图7可以知道，梁的最大应力以及AB段的应力都与理论解一致。图8为梁的等效应力图，可见最大位移
5、出现在梁的两端，最大有1.639mm。沿着梁的轴线建立路径，然后绘制出梁的变形，图9和图10分别给出了截面剪力和力矩沿路径的变化情况。值得注意的是，图9中剪力图与材料力学的剪力图有区别，其并不是按照设正法画的剪力图，不过其数值的绝对值与材料力学上的一致。图10的弯矩图也材料力分析一致，图11为等效位移沿路径的变化情况。图6 等效应力图7 中间段等效应力图图8 等效位移图图9 剪力SF2沿路径情况图10 弯矩SM1沿路径情况图11 等效位移U沿路径情况2.实体单元分析ABAQUS2016中对应的文件为beam-solid.cae ，beam-solid.odb，beam-solid.inp。按照
6、图1建立相应的实体单元，然后在支撑处切割实体，再建立材料属性，装配，设置步，在创建分析步的时候，点击主菜单栏的Output，编辑Edit Field Output Request，在SF前面打钩，同梁设置操作一样。图12 实体单元结构图13给出了力载荷及边界条件加载情况，在梁左右两端加载力载荷，可以选择对应的面，然后加载界面切应力（F/S=300000/(3.1414*752=16.9765MPa，S为圆的面积），也可以在加载面的中心建立参考点，然后把加载面与参考点相耦合，然后直接在参考点加载300000N的力即可。在支撑处选择对应的面，然后加载对应的边界条件约束即可。最后完成相应的分网并提交
7、分析。图13 载荷及边界条件图14 等效应力图图15 等效位移图图16 输出剪力弯矩操作图17 输出剪力弯矩操作图18 剪力数据数据输出图14给出了等效应力图，其数值结果与梁给出的结果一致，与理论计算也一致，但是图15给出的等效位移图与梁单元计算的等效位移图不同，因此在具体问题分析的时候，我们应该判断具体使用什么单元进行分析。图16到图18给出了如何把沿轴向方向各个截面的剪力和弯矩输出到一个txt文件的操作。在图16中打开主菜单Tools中的View Cut Manager，然后在轴线平面前面打钩，结果如16所示，然后单击图16中的Options，再单击Slicing进入到图17，设置实体切割
8、的数目，然后单击OK即可。再在主菜单中单击Report的Free Body Cut，然后按照图18中设置，然后单击OK，这样就可以在ABAQUS的当前文件夹找到moment.txt文件，里面记录了各个截面的力矩和弯矩，把里面的数据复制到excel中就可以绘制出弯矩和剪力图。3. 梁同时受集中力和弯矩分析ABAQUS2016中对应的文件为beam-force-moment.cae ，beam-force-moment.odb，beam-force-moment.inp。对于该分析，还给出用Workbench给出的对应分析，其文件为beam-force-moment.wbpj，Workbench版
9、本为15.0。图19为梁在中间受集中载荷和弯矩的结构简图，梁的长度l=1000mm，梁的直径d=100mm，Me=9e7Nmm，F=300000N，E=210000MPa，v=0.28。现采用梁单元进行剪力和弯矩等相关分析。图19 梁受力和弯矩结构简图其建模等分析过程与前面第一个实例的梁单元分析一样，在梁的中点部分进行切割。为了对比分析只有集中力，弯矩以及集中力和弯矩同时作用在梁上的几种情形，如图20，对应Load处右键单击，然后选择Suppress，可以抑制载荷作用，选择Resume，可以激活抑制的载荷。通过载荷抑制或者激活的设置，然后提交分析，就可以得到对应载荷情况下的结果。图20 载荷加
10、载情况（1）梁中部只受集中力情形下面四个图给出了只受集中力载荷作用下的等效应力，等效位移，剪力和弯矩图，剪力和弯矩图与材料力学分析一致。图21 等效应力图图22 等效位移图图23 轴线方向剪力图图24 轴线方向弯矩图（2）梁中部只受弯矩作用下面四个图给出了在梁的中部只加载弯矩作用下的等效应力，等效位移，力矩和弯矩图。从剪力和弯矩图可以知道，整个梁受到90000N（Me*l=9e7 Nmm *1000mm=90000N）的剪力作用，这与材料力学分析不一致，这应该引起关注。在材料力学分析中，只受到弯矩作用时，应该没有剪力作用，不过按照这思路也可以做出有弯矩作用下的剪力和弯矩图。在弯矩图中可以知道，弯矩中部处出现了突变，有均匀剪力作用处，其弯矩呈现线性变化。图25 等效应力图图26 等效位移图图27 轴线方向剪力图图29 轴线方向弯矩图（3）梁中部同时受集中力和弯矩作用下面四图给出了梁在中部同时受到集中力和弯矩作用下的等效应力，等效位移，剪力和弯矩图。从剪力图知道，当给梁加载弯矩后，改变了梁的剪力和弯矩，不过在梁的中部，梁的弯矩图出现了突变，这与材料力学的分析变化趋势相一致。图30 等效应力图图31 等效位移图图32 轴线方向剪力图图33 轴线方向弯矩图