CN114357823A - 一种基于abaqus的曲面移动载荷分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法，包括如下步骤：S1基于ABAQUS建立三维模型；S2设置三维模型的物理参数，S3将曲面进行分割，并获得曲面分割处的坐标点，利用所获得的坐标点进行曲线拟合，得到曲线的方程；利用ABAQUS关联子程序，将拟合得到的曲线作为移动载荷的移动路径曲线；S4设置载荷条件和边界条件；S5：对研究区域进行网格划分；S6：进行移动载荷分析，得到分析结果。本发明在曲面分割取点来构造移动载荷路径，不需要创建多个模型，极大的节省了资源，并且简化了移动路径的构造，扩大了运用范围。
Description
技术领域
本发明涉及计算机辅助工程技术领域，尤其涉及一种基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法。
背景技术
由于科学技术的发展，越来越多的零部件的设计、生产、制造、检测运用了计算机技术。科学研究和工程技术中计算机辅助工程技术获得广泛的认可。因此，可采用计算机辅助工程技术，对于移动荷载作用下的零件受力进行分析计算，为零件的设计、生产、制造、检测提供参考。
分析移动载荷对零件的影响时常常需要进行建模，之后在受力初施加载荷。ABAQUS中常用的移动载荷分析方法有：多分析步加载、显式算法移动荷载子程序(Vdload)加载及隐式算法荷载移动子程序(Dload)加载。
本申请发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术中的方法至少存在如下技术问题：
当前的ABAQUS移动载荷分析方法大多限于平面，进行工程问题的分析多用于直线道路、桥梁等，以此来分析汽车、行人等物体的直线运动对载体平面的影响，对于曲面移动载荷的分析方法还未有太多的研究。并且，当前对于曲面移动载荷移动路径的获取较为复杂，大多是通过载体之间的相互作用获取，一般是创建相互接触的模型，根据它们的相互运动得到移动载荷移动路径，由于这种方法需要创建多个模型，极大的占用了计算资源。
发明内容
本发明提出一种基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法，用于解决或者至少部分解决现有技术中需要创建多个模型，耗费计算资源的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法，包括：
S1：基于ABAQUS建立三维模型；
S2：设置三维模型的物理参数，物理参数包括材料密度和弹性模量；
S3：将曲面进行分割，并获得曲面分割处的坐标点，利用所获得的坐标点进行曲线拟合，得到曲线的方程；利用ABAQUS关联子程序，将拟合得到的曲线作为移动载荷的移动路径曲线；
S4：根据研究的载体情况设置载荷条件和边界条件；
S5：对研究区域进行网格划分；
S6：设置载荷形式，根据不同的分析要求设置载荷类型；
S7：根据载荷分析要求设置分析步，根据设置的物理参数、移动路径曲线、载荷条件边界条件以及设置的分析步，进行移动载荷分析，得到分析结果。
在一种实施方式中，步骤S3包括：
在空间中创建局部坐标系；
将构建的三维模型设置在局部坐标系对应的位置；
以局部坐标系为基础在模型上取得坐标点，具体为将三维模型上的一条线进行分割，得到分割点，每一分割点为一个有数据的坐标点；
将取得的坐标点在EXCEL中拟合成为曲线，输出拟合曲线的方程；
将拟合得到的曲线作为移动载荷的移动路径曲线
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
本发明提供的一种基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法，在曲面分割取点来构造移动载荷路径，不需要创建多个模型，极大的节省了资源，并且简化了移动路径的构造，扩大了运用范围。本发明分割曲面取点构造移动路径的方法可以用在较小的物体上，可以将运用于道路研究的移动载荷的技术运用于机械零件的研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中取点进行曲线拟合的示意图；
图2为本发明实施例中提供的基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法的流程图；
图3为本发明实施例中曲面取点示意图；
图4为本发明实施例中拟合得到的曲线图；
图5为本发明实施例中载荷开始移动示意图；
图6为本发明实施例中载荷移动中示意图。
具体实施方式
本发明通过提供一种基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法，在曲面分割取点构造移动载荷路径，无需构建多个模型，即可实现移动载荷分析，极大地节省了资源。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法，包括：
S1：基于ABAQUS建立三维模型；
S2：设置三维模型的物理参数，物理参数包括材料密度和弹性模量；
S3：将曲面进行分割，并获得曲面分割处的坐标点，利用所获得的坐标点进行曲线拟合，得到曲线的方程；利用ABAQUS关联子程序，将拟合得到的曲线作为移动载荷的移动路径曲线；
S4：根据研究的载体情况设置载荷条件和边界条件；
S5：对研究区域进行网格划分；
S6：设置载荷形式，根据不同的分析要求设置载荷类型；
S7：根据载荷分析要求设置分析步，根据设置的物理参数、移动路径曲线、载荷条件边界条件以及设置的分析步，进行移动载荷分析，得到分析结果。
请参见图2，为本发明实施例中提供的基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法的流程图。
具体来说，步骤S1可以在获取模型参数后在ABAQUS建模，也可以在其它三维建模软件当中建模后导入ABAQUS中，得到三维模型。
在进行移动路径构建时，本发明直接从负载移动面上获取，通过对曲面进行分割，得到分割出的坐标点，然后进行曲线拟合得到曲线方程，作为移动路径曲线。相比于现有技术创建相互接触的模型，根据它们的相互运动得到移动载荷移动路径的方式而言，本发明由无需创建多个模型，可以直接在曲面上进行分割来实现，极大地节省了计算资源。
S3：利用ABAQUS二次开发子程序接口Dload将曲线方程作为载荷移动的路径。
步骤S4设置载荷条件和边界条件。步骤S5进行网格划分，有限元分析模型得到的精度都与所用的有限元网格直接相关。有限元网格用于将模型分割为很多较小的单元，然后在这些单元上求解一组方程，这些方程通过在每个单元上定义的一组多项式函数来近似表示所需的控制方程。具体地，可以使用“为边布种”命令在模型边缘布种，然后点击“为区域划分网格”命令，再点击模型生成网格。步骤S6根据前述设置的参数和条件进行移动载荷分析，得到研究数据。
一般来说，当运行完毕后，即使本模型没有和其它模型相互接触仍然可以在本模型上得到载荷作用，并且载荷会移动，以此可以模拟得到机械零件表面的接触移动负载、起的伏路面和桥面上移动的行人和车辆形成的移动负载等。
现有的移动载荷常用在平面上用来分析车辆对道路的影响，本发明可用于起伏道路、带曲面的零件等面上移动载荷的分析。
在一种实施方式中，步骤S3包括：
在空间中创建局部坐标系。
将构建的三维模型设置在局部坐标系对应的位置；
以局部坐标系为基础在模型上取得坐标点，具体为将三维模型上的一条线进行分割，得到分割点，每一分割点为一个有数据的坐标点；
将取得的坐标点在EXCEL中拟合成为曲线，并且输出拟合曲线的方程。
具体来说，本发明中移动载荷的路径从负载移动面上获取。ABAQUS在模拟两个相互接触的物体例如啮合过程中的齿轮，可以通过ABAQUS“历程输出”命令取得接触点的移动路径。但是在日常研究中我们时常需要在无法了解具体接触情况的条件下进行探索实验，为此本发明提出了“取点法”。
首先设置局部坐标系，然后将模型放置在局部坐标空间中，如图1所示，平均分割曲面棱边，接着在齿廓的曲线的棱边上取得坐标点A1～A9，再使用Excel拟合曲线。根据拟合曲线输出拟合曲线方程式，方程式是一个因变量y关于自变量x的函数，式中y是ABAQUS局部空间坐标系的y轴对应的值，x是ABAQUS局部空间坐标系的x轴对应的值。程序运行时将x值设置为分析步时间，每一步增量的时间就是一个x的值。
通过控制上述方程的x值和y值可以模拟移动负载的移动路径，这种建立局部空间坐标系获取坐标点并拟合曲线获得载荷移动路径的方法，本发明称为“取点法”。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益的技术效果：
(1)简化了移动路径的构造，扩大了运用范围。
(2)在曲面分割取点构造移动载荷路径，这种方法极大的节省了资源。
(3)分割曲面取点构造移动路径的方法可以用在较小的物体上，可以将运用于道路研究的移动载荷的技术运用于机械零件的研究。
(4)可以使载荷在载体的曲面上移动起来，也就是在平面移动的基础上更进一步达到在曲面上移动起来的效果，可以将运用于平面研究的技术进一步运用于曲面研究，在平面移动载荷研究上再进一步扩大了研究的范围，且不同于常规方法，对于曲面移动路径的获取不必进行新的建模，极大的节省了资源。
为了更清楚地说明本发明的具体实现过程，下面通过具体的示例进行介绍。
本例以半径130mm的带有曲面的零件为例，说明本发明方法的具体实施方法。
步骤1：利用ABAQUS建立三维模型。设置零件材料属性如表1所示
表1 零件材料属性
步骤2：确定载荷形式。
ABAQUS操作中新建载荷选择“压强”，将其位置选择至载荷将要移动的面。
步骤3：定义载荷的移动。
曲面上取点如图3所示，取得曲面分割坐标点拟合成曲线，取得点坐标后拟合成曲线如图4所示。拟合曲线公式如表2所示：
表2 拟合曲线公式
y为ABAQUS局部坐标下y的空间位置，t为分析步时间。调用ABAQUS子程序Dload，选择外接子程序。
步骤4：设置边界条件。
选择边界条件将边界完全固定限制其移动。
步骤5：划分网格。使用ABAQUS中的“网格”界面进行网格的划分。点击“种子部件”命令后点击模型布种，然后点击“为部件划分网格”在模型上划分出网格。网格的划分质量要高，错误要尽量少。
步骤6：添加分析步，设置分析步时间。
步骤7：设置计算任务，提交作业，计算得到结果。
请参见图5～6，为本发明实施例中载荷开始移动以及载荷移动中示意图。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种基于ABAQUS的曲面移动载荷分析方法，其特征在于，包括：
S1：基于ABAQUS建立三维模型；
S2：设置三维模型的物理参数，物理参数包括材料密度和弹性模量；
S3：将曲面进行分割，并获得曲面分割处的坐标点，利用所获得的坐标点进行曲线拟合，得到曲线的方程；利用ABAQUS关联子程序，将拟合得到的曲线作为移动载荷的移动路径曲线；
S4：根据研究的载体情况设置载荷条件和边界条件；
S5：对研究区域进行网格划分；
S6：设置载荷形式，根据不同的分析要求设置载荷类型；
S7：根据载荷分析要求设置分析步，根据设置的物理参数、移动路径曲线、载荷条件边界条件以及设置的分析步，进行移动载荷分析，得到分析结果。
2.如权利要求1所述的曲面移动载荷分析方法，其特征在于，步骤S3包括：
在空间中创建局部坐标系；
将构建的三维模型设置在局部坐标系对应的位置；
以局部坐标系为基础在模型上取得坐标点，具体为将三维模型上的一条线进行分割，得到分割点，每一分割点为一个有数据的坐标点；
将取得的坐标点在EXCEL中拟合成为曲线，输出拟合曲线的方程；
将拟合得到的曲线作为移动载荷的移动路径曲线。
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|---|---|---|---|---|
| CN103605865A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-26 | 北京航空航天大学 | 一种基于内聚力模型的复合材料多向铺层板分层扩展行为模拟方法 |
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| Title |
|---|
| 刘曦雨等: "轴向压缩载荷作用下大鼠胫骨表面应变分布的三维有限元分析", 医疗卫生装备, vol. 37, no. 11, 30 November 2016 (2016-11-30), pages 15 - 18 * |
| 徐新栋等: "曲面离散载荷在仿真分析中的施加方法", 鱼雷技术, vol. 19, no. 4, 31 August 2011 (2011-08-31), pages 246 - 249 * |
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