本節(jié)將以螺旋槳為例，介紹如何創(chuàng)建連接單元并進(jìn)行多體分析。通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，讀者可以掌握ABAQUS創(chuàng)建殼體單元、為殼體定義材料屬性、創(chuàng)建剛體約束和基準(zhǔn)坐標(biāo)系及控制連接單元的顯示方式等知識(shí)。

螺旋槳模型如圖9-1所示，該模型由葉片和軸兩部分組成。葉片直徑為25mm，分3個(gè)葉瓣，葉片中心處有直徑為1mm的圓孔；軸的直徑為1mm，長(zhǎng)為25mm，軸的一端與葉片中心孔鉸接。

9.3.1 創(chuàng)建部件

1．創(chuàng)建葉片

（1）啟動(dòng)ABAQUS/CAE，進(jìn)入Part模塊，單擊工具區(qū)中的Create Part圖標(biāo)，彈出Create Part對(duì)話框，在Name文本框中輸入“Part- yepian”，設(shè)置Modeling Space為3D，再依次選擇Deformable、Shell和Planar（平面），如圖9-2所示，然后單擊Continue按鈕。

（2）單擊工具區(qū)中的Create Circle: Center and Perimeter（創(chuàng)建圓：中心和半徑）圖標(biāo)，首先在提示區(qū)輸入圓心坐標(biāo)（0,0），按Enter鍵確認(rèn)，再輸入圓上任一點(diǎn)坐標(biāo)（0,1），按Enter鍵確認(rèn)，此時(shí)半徑為1的圓繪制完畢。同樣，再以（0,0）為圓心坐標(biāo)，繪制半徑分別為5和25的圓。

（3）單擊工具區(qū)中的Create Construction: Line at an Angle（創(chuàng)建構(gòu)造：角外的線）圖標(biāo)，在提示區(qū)輸入角度值80，按Enter鍵，然后選擇（0,0）點(diǎn)，再以同樣的方法繪制一條偏轉(zhuǎn)100°的虛線。

（4）單擊工具區(qū)中的Create Lines: Connected（創(chuàng)建線：連接）圖標(biāo)，連接半徑分別為5和25的圓與虛線的交點(diǎn)（只連接圓的上半部分交點(diǎn)），如圖9-3（a）所示。

（5）連好后單擊工具區(qū)中的Delete圖標(biāo)，刪除兩條虛線，再單擊Auto-Trim（自動(dòng)-修剪）圖標(biāo)，只保留半徑為25的外圓正上方被截取的一小段圓弧，將其余弧線刪除。然后單擊工具區(qū)中的Create Fillet:Between 2 Curves（創(chuàng)建倒圓角：在2條弧之間）圖標(biāo)，在提示區(qū)輸入“2”，按Enter鍵確認(rèn)，單擊一條連接線與半徑為25的圓弧，再以同樣的方法創(chuàng)建另一倒圓角，如圖9-3（b）所示。

（6）單擊工具區(qū)中的Radial Pattern（環(huán)形陣列）圖標(biāo)，選擇圓上葉片，單擊鼠標(biāo)中鍵，彈出Radial Pattern對(duì)話框，在Number微調(diào)框中輸入“3”，在Total angle文本框中輸入“360”，如圖9-4所示，單擊SelectCenter（選擇中心）按扭，在視圖區(qū)拾?。?,0）點(diǎn)，如圖9-3（c）所示，單擊OK按鈕確認(rèn)。再次單擊工具區(qū)中的Auto-Trim（自動(dòng)-修剪）圖標(biāo)，修剪如圖9-3（c）中葉片兩邊與圓所夾圓弧，在視圖區(qū)雙擊鼠標(biāo)中鍵，葉片創(chuàng)建完畢。

2．創(chuàng)建軸

單擊工具區(qū)中的Create Part圖標(biāo)，彈出Create Part對(duì)話框，在Name文本框中輸入“Part-zhou”，設(shè)置Modeling Space為3D，再依次選擇Deformable、Solid和Extrusion，然后單擊Continue按鈕進(jìn)入草圖繪制界面，繪制半徑為1的圓，在視圖區(qū)雙擊鼠標(biāo)中鍵，彈出Edit BaseExtrusion對(duì)話框，設(shè)置Depth為25，如圖9-5所示，單擊OK按鈕確認(rèn)。創(chuàng)建好的軸及葉片如圖9-6所示。

9.3.2 定義材料屬性

在工作區(qū)上方的Module下拉列表框中選擇Property選項(xiàng)，進(jìn)入材料屬性編輯界面。單擊工具區(qū)中的Create Material圖標(biāo)，彈出Edit Material對(duì)話框，默認(rèn)名稱(chēng)為Material-1，在Material Behaviors選項(xiàng)組中依次選擇Mechanical→Elasticity→Elastic選項(xiàng)。此時(shí)，在下方出現(xiàn)的數(shù)據(jù)表中依次設(shè)置Young’s Modulus為210000，Poisson’s Ratio為0.3，保持其余參數(shù)不變，如圖9-7所示，單擊OK按鈕。

9.3.3 定義和指派截面屬性

1．定義軸的截面屬性

單擊工具區(qū)中的Create Section圖標(biāo)，彈出Create Section對(duì)話框，在Name文本框中輸入“Section-zhou”，單擊Continue按鈕，如圖9-8所示。彈出Edit Section對(duì)話框，在Material下拉列表框中選擇Material-1選項(xiàng)，其他選項(xiàng)保持不變，如圖9-9所示，單擊OK按鈕。

2．定義葉片的截面屬性

單擊工具區(qū)中的Create Section圖標(biāo)，彈出Create Section對(duì)話框，在Name文本框中輸入“Section-pian”，在Category選項(xiàng)組中選中Shell單選按鈕，其他選項(xiàng)保持不變，單擊Continue按鈕。彈出Edit Section對(duì)話框，設(shè)置Shell thickness的Value為0.5，在Material下拉列表框中選擇Material-1選項(xiàng)，保持其他各項(xiàng)不變，如圖9-10所示，單擊OK按鈕。

3．指派截面屬性

（1）在視圖區(qū)上方的Part下拉列表框中選擇Part-yepian選項(xiàng)，單擊工具區(qū)中的Assign Section（指派截面）圖標(biāo)，在視圖區(qū)選擇整個(gè)模型，單擊提示區(qū)的Done按鈕（或在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵），彈出EditSection Assignment對(duì)話框，在Section下拉列表框中選擇Section-pian選項(xiàng)，如圖9-11所示，單擊OK按鈕。

（2）在視圖區(qū)上方的Part下拉列表框中選擇Part-zhou選項(xiàng)，單擊Assign Section圖標(biāo)，在視圖區(qū)選擇整個(gè)模型，單擊提示區(qū)的Done按鈕（或在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵），彈出Edit Section Assignment對(duì)話框，在Section下拉列表框中選擇Section-zhou選項(xiàng)，如圖9-12所示，單擊OK按鈕。

9.3.4 定義裝配

在Module下拉列表框中選擇Assembly選項(xiàng)，單擊工具區(qū)中的CreateInstance圖標(biāo)，彈出Create Instance對(duì)話框，在Parts選項(xiàng)組中將Partyepian和Part-zhou選中，保其余各項(xiàng)默認(rèn)值，如圖9-13所示，單擊OK按鈕。

9.3.5 定義參考點(diǎn)和坐標(biāo)系

1．創(chuàng)建參考點(diǎn)

（1）在Module下拉列表框中選擇Interaction選項(xiàng)，單擊工具區(qū)中的Create Reference Point（創(chuàng)建參考點(diǎn)）圖標(biāo)，在提示區(qū)輸入坐標(biāo)（0.0,0.0,0.0），按Enter鍵確認(rèn)，視圖區(qū)中顯示出名為RP-1的參考點(diǎn)。使用同樣的方法，再創(chuàng)建坐標(biāo)為（0,25,0）的參考點(diǎn)RP-2和坐標(biāo)為（0,0,25）的參考點(diǎn)RP-3。

（2）抑制不需要的基準(zhǔn)坐標(biāo)系Datum csys-l。在模型樹(shù)中的Assembly/Features下，可以看到一個(gè)已有的基準(zhǔn)坐標(biāo)系Datum csys-l，右擊在彈出的快捷菜單中選擇Suppress命令來(lái)抑制它，也可以通過(guò)選擇Delete命令刪除它。被刪除的特征無(wú)法恢復(fù)，而被抑制的特征可以通過(guò)Resume來(lái)恢復(fù)。

2．為連接單元施加基準(zhǔn)坐標(biāo)系

連接單元第1個(gè)連接點(diǎn)上的局部1方向應(yīng)該是軸線方向。單擊工具區(qū)中的Create Datum CSYS:3 Points（創(chuàng)建基準(zhǔn)坐標(biāo)：3點(diǎn)）圖標(biāo)，彈出Create Datum CSYS（創(chuàng)建基準(zhǔn)坐標(biāo)）對(duì)話框，在Name文本框中輸入“Datum csys-Hinge”，設(shè)置類(lèi)型為Rectangular（長(zhǎng)方形），然后單擊Continue按鈕。提示區(qū)顯示出全局坐標(biāo)系下的默認(rèn)的原點(diǎn)坐標(biāo)為（0,0,0），按Enter鍵確認(rèn)；然后輸入局部X軸上的點(diǎn)坐標(biāo)（0,0,1），按Enter鍵；再輸入局部X-Y平面上的點(diǎn)坐標(biāo)（0,1,0），按Enter鍵，得到的基準(zhǔn)坐標(biāo)系如圖9-14所示。

上述過(guò)程完成之后可以在左側(cè)模型樹(shù)中進(jìn)行查看，其位置是Assembly/Features下，如圖9-15所示。此時(shí)視圖區(qū)只顯示新定義的坐標(biāo)系，而原坐標(biāo)系被隱藏。

9.3.6 定義集合

在Interaction模塊下，選擇菜單欄中的Tools→Set→Manager命令，彈出Set Manager對(duì)話框，單擊Create按鈕，依次創(chuàng)建下列集合。

lSet-yepian-top集合：參考點(diǎn)RP-2

單擊Create按鈕，彈出Create Set對(duì)話框，在Name文本框中輸入“Setyepian-top”，單擊Continue按鈕，選中參考點(diǎn)RP-2，如圖9-16所示，在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵確認(rèn)，Set-yepian-top集合建立完畢。

參照上述方法創(chuàng)建2、3、4共3個(gè)集合，在創(chuàng)建第5個(gè)集合時(shí)，由于桿為實(shí)體，不能直接選中，在Selection工具條中單擊All所在的下拉列表，選擇Cells選項(xiàng)，然后再選擇桿件。

lSet-yepian-center集合：參考點(diǎn)RP-1。

lSet-RP-gan集合：參考點(diǎn)RP-3。

lSet-yepian集合：整個(gè)葉片實(shí)體。

lSet-gan集合：整個(gè)桿件實(shí)體。

集合創(chuàng)建完畢后，Set Manager對(duì)話框如圖9-17所示。

9.3.7 定義約束

1．定義葉片的剛體約束

（1）葉片的所有單元和其中心的參考點(diǎn)RP-yepian-Center都受到剛體約束，此剛體約束的參考點(diǎn)是矩形頂部的RP-yepian-top。在Interaction模塊中，選擇菜單欄中的Constraint→Manager命令，單擊ConstraintManager對(duì)話框中的Create按鈕，彈出Create Constraint對(duì)話框，在Name文本框中輸入“Constraint-yepian”，選擇約束類(lèi)型Rigid body，如圖9-18所示，然后單擊Continue按鈕。

（2）在彈出的Edit Constraint對(duì)話框中，選中Region type下面的Body(elements)，如圖9-19所示，然后單擊右側(cè)的按鈕。單擊提示區(qū)的Sets按鈕，在彈出的Region Selection對(duì)話框中選中Set-yepian，如圖9-20所示，然后單擊Continue按鈕。在Edit Constraint對(duì)話框中，選中Region type下面的Tie(nodes)，單擊按鈕，單擊提示區(qū)的Sets按鈕，在彈出的Region Selection對(duì)話框中，選擇Set-yepian-center作為受約束的點(diǎn)，單擊Continue按鈕。重新彈出Edit Constraint對(duì)話框，單擊Reference Point選項(xiàng)組中的按鈕，選擇集合Set-yepian-top作為受剛體約束的點(diǎn)。在Constraint Manager對(duì)話框中單擊Edit按鈕，視圖區(qū)中將以高亮度顯示該剛體約束，通過(guò)此操作可以查看所選區(qū)域的正確性。

2．定義軸的剛體約束

類(lèi)似地，定義名為Constraint-zhou的剛體約束，受約束的單元是整個(gè)軸的集合Set-gan，剛體約束的參考點(diǎn)是Set-RP-gan，定義完成后如圖9-21所示，單擊OK按鈕。

9.3.8 定義連接屬性和連接單元

1．定義連接屬性

（1）在Interaction模塊中，單擊工具區(qū)中的Create ConnectorSection（創(chuàng)建連接器截面）圖標(biāo)，彈出Create Connector Section對(duì)話框，在Name文本框中輸入“ConnSect-Hinge”，設(shè)置Assembled/Complextype為Hinge，如圖9-22所示，然后單擊Continue按鈕。在彈出的EditConnector Section對(duì)話框中保持默認(rèn)值，單擊OK按鈕，完成操作。

（2）單擊工具區(qū)中的Create Wire Feature（創(chuàng)建線特征）圖標(biāo)，彈出Create Wire Feature對(duì)話框，單擊Add（添加）按鈕，在視圖區(qū)中選擇軸的端點(diǎn)RP-1作為第一（或第二）點(diǎn)，選擇圓盤(pán)中心點(diǎn)RP-3作為第二（或第一）點(diǎn)，如圖9-23所示，單擊Done按鈕，確認(rèn)選中Create set ofwires（創(chuàng)建線集合），單擊OK按鈕。

2．定義連接單元

（1）單擊工具區(qū)中的Create Connector Assignment（創(chuàng)建連接器指派）圖標(biāo)，在彈出的Region Selection對(duì)話框中選擇Wire-l-Set-l，如圖9-24所示，單擊Continue按鈕，彈出Edit Connector Section Assignment對(duì)話框，如圖9-25所示。

（2）設(shè)置Selection為ConnSect-Hinge，切換到Orientation 1選項(xiàng)卡，單擊Specify CSYS右側(cè)的按鈕，單擊提示區(qū)的Datum CSYS List按鈕，在彈出的Datum CSYS List對(duì)話框中選擇已經(jīng)定義好的基準(zhǔn)坐標(biāo)系Datumcsys-Hinge，如圖9-26所示，單擊OK按鈕，切換到Orientation 2選項(xiàng)卡，保持各選項(xiàng)不變，單擊OK按鈕，完成連接單元的定義。

9.3.9 設(shè)置分析步和歷史輸出變量

1．定義分析步

在Module下拉列表框中選擇Step選項(xiàng)，進(jìn)入分析步編輯界面。單擊工具區(qū)中的Create Step圖標(biāo)，彈出Create Step對(duì)話框，選擇Type:Static,General，單擊Continue按鈕。在彈出的Edit Step對(duì)話框中設(shè)置Nlgeom為On，選擇Incrementation選項(xiàng)卡，設(shè)置Increment size（增量步大?。?.1，Minimum為1E-006，Maximum為0.1，如圖9-27所示，單擊OK按鈕完成分析步的定義。

2．設(shè)置連接單元的歷史變量輸出

單擊工具區(qū)中的History Output Manager圖標(biāo)，在彈出的History OutputRequest Manager對(duì)話框中可以看到ABAQUS/CAE已經(jīng)自動(dòng)生成了一個(gè)名為H-Output-l的歷史輸出變量。單擊Edit按鈕，彈出Edit HistoryOutput Request對(duì)話框，設(shè)置Domain為Set:Wire-l-Set-l，展開(kāi)Connector列表，在下拉選項(xiàng)中選擇CTF和CU，再展開(kāi)Displacement/Velocity/Acceleration列表，在下拉選項(xiàng)中選擇U，如圖9-28所示，然后單擊OK按鈕，完成輸出變量的定義。

9.3.10 定義邊界條件和載荷

（1）在桿的剛體約束參考點(diǎn)RP-gan上施加固支邊界條件，進(jìn)入Load模塊，單擊工具區(qū)中的Create Boundary Condition圖標(biāo)，彈出CreateBoundary Condition對(duì)話框，創(chuàng)建名稱(chēng)為BC-gan的邊界條件，Step選擇Initial，Type of Selected Step選擇Symmetry/Antisymmetry/Encastre，單擊Continue按鈕。彈出Region Selection對(duì)話框，選擇集合Set-RP-gan，如圖9-29所示，單擊Continue按鈕。在彈出的Edit Boundary Condition對(duì)話框中選中ENCASTRE(U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0)單選按鈕。

（2）在葉片的剛體約束參考點(diǎn)RP-yepian-Top上施加位移約束，單擊工具區(qū)中的Create Boundary Condition圖標(biāo)，彈出Create BoundaryCondition對(duì)話框，創(chuàng)建名稱(chēng)為BC-pian的邊界條件，分析步選擇Stepl，類(lèi)型選擇Displacement/Rotation，如圖9-30所示，單擊Continue按鈕。彈出Region Selection對(duì)話框，選擇集合Set-yepian-Top，如圖9-31所示，單擊Continue按鈕。在彈出的Edit Boundary Condition對(duì)話框中設(shè)置U1為1，如圖9-32所示，單擊OK按鈕確認(rèn)。

9.3.11 劃分網(wǎng)格

在Module下拉列表框中選擇Mesh選項(xiàng)，進(jìn)入網(wǎng)格功能界面，在窗口頂部的環(huán)境欄中設(shè)置Object為Part。

1．設(shè)置全局種子

（1）在視圖區(qū)上方的Part下拉列表框中選擇Part-yepian選項(xiàng)，單擊工具區(qū)中的Seed Part圖標(biāo)，彈出Global Seeds對(duì)話框，設(shè)置Approximateglobal size為1，如圖9-33（a）所示，單擊OK按鈕。此時(shí)提示區(qū)出現(xiàn)Seeding definition complete（種子定義完成），單擊后面的Done按鈕完成種子定義。

（2）用同樣的方法為Part-zhou設(shè)置全局種子，設(shè)置Approximateglobal size為0.2，如圖9-33（b）所示。

2．定義網(wǎng)格屬性

（1）首先為Part-yepian定義網(wǎng)格屬性，單擊工具區(qū)中的Assign MeshControls圖標(biāo)，彈出Mesh Controls對(duì)話框，設(shè)置Element Shape為Quad，Technique為Free，Algorithm為Advancing front，如圖9-34所示，單擊OK按鈕。再以同樣的方法為Part-zhou定義網(wǎng)格屬性。

（2）設(shè)定單元類(lèi)型。首先為Part-zhou設(shè)定單元類(lèi)型，單擊工具區(qū)中的Assign Element Type圖標(biāo)，彈出Regin Selection對(duì)話框，選擇Set-1，單擊Continue按鈕，彈出Element Type對(duì)話框，設(shè)置Geometric Order為L(zhǎng)inear，其他選項(xiàng)保持默認(rèn)值，此時(shí)的單元類(lèi)型為C3D8R，如圖9-35所示，單擊OK按鈕。

（3）以同樣的方法為Part-yepian設(shè)置單元類(lèi)型，設(shè)置Geometric Order為L(zhǎng)inear，其余選項(xiàng)為默認(rèn)值，得到的單元類(lèi)型為S4R。

3．劃分網(wǎng)格

單擊工具區(qū)中的Mesh Part圖標(biāo)，此時(shí)提示區(qū)出現(xiàn)“OK to mesh thepart？”，單擊Yes按鈕即可對(duì)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分完成的部件如圖9-36所示。

9.3.12 提交分析作業(yè)

（1）在Module下拉列表框中選擇Job選項(xiàng)，單擊工具區(qū)中的JobManager圖標(biāo)，彈出Job Manager對(duì)話框，單擊Create按鈕，彈出CreateJob對(duì)話框，設(shè)置Name為Job-luoxuanjiang，單擊Continue按鈕。彈出Edit Job對(duì)話框，保持各默認(rèn)值不變，單擊OK按鈕。

（2）此時(shí)新創(chuàng)建的作業(yè)顯示在Job Manager對(duì)話框中，如圖9-37所示。單擊工具欄中的按鈕來(lái)保存所建的模型，然后單擊Submit按鈕提交分析。

（3）單擊Monitor按鈕，彈出Job-luoxuanjiang Monitor窗口，可以通過(guò)該窗口查看分析過(guò)程中的警告信息，如圖9-38所示。分析完成后，單擊Results按鈕，進(jìn)入Visualization模塊。

9.3.13 后處理

（1）單擊工具區(qū)中的Animate: Scale Factor（動(dòng)畫(huà)：縮放系數(shù)）圖標(biāo)來(lái)顯示變形過(guò)程中的動(dòng)畫(huà)。

（2）集中力和力矩。單擊工具區(qū)中的Plot Contours on Deformed Shape圖標(biāo)，此時(shí)顯示的是集中力和力矩的云紋圖，如圖9-39所示。

（3）葉片的位移信息。選擇菜單欄中的Result→Field Output命令，彈出Field Output對(duì)話框，在Output Variable（輸出變量）中選擇U，單擊Apply按鈕，此時(shí)的云紋圖顯示葉片的位移信息，如圖9-40所示。

9.4 本章小結(jié)

ABAQUS的一個(gè)突出特點(diǎn)就是可以對(duì)多體系統(tǒng)進(jìn)行分析。ABAQUS提供了多種常見(jiàn)的連接單元和連接屬性，使用這些連接單元和連接屬性可以對(duì)大多數(shù)多體系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析。

絕大部分機(jī)構(gòu)都是由若干個(gè)部件組成的，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，一般情況下先對(duì)每個(gè)構(gòu)件進(jìn)行分析，裝配后再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行多體系統(tǒng)仿真分析，傳統(tǒng)的有限元分析大多針對(duì)某個(gè)部件進(jìn)行分析，而多體系統(tǒng)的分析則依靠多體系統(tǒng)仿真軟件（如ADAMS等）來(lái)完成。

（內(nèi)容、圖片來(lái)源：《ABAQUS 2020有限元分析從入門(mén)到精通》，侵刪）

版權(quán)與免責(zé)聲明：

凡未注明作者、來(lái)源的內(nèi)容均為轉(zhuǎn)載稿，如出現(xiàn)版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們處理。我們對(duì)頁(yè)面中展示內(nèi)容的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和合法性均不承擔(dān)任何法律責(zé)任。如內(nèi)容信息對(duì)您產(chǎn)生影響，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們修改或刪除。