Plate with Hole Stress Analysis [带孔平板应力分析]

利用ABAQUS进行弹性圆孔薄板的应力分析,复习弹性力学知识。

  • 例子(Example

PlatewithHole

如图所示为一带圆孔的平面薄板,圆孔的直径相对板的尺寸较小,板受两侧均匀平面拉力作用。根据弹性力学理论,圆孔的A点和B点存在应力集中,当板接近无限大时,A点应力的绝对值约为施加的水平应力绝对值的3倍,B点应力的绝对值约为施加的水平应力的绝对值。以下采用ABAQUS对该问题进行分析。

  • 有限元模拟 (FEM Analysis

算例中的平面板厚度较薄,且为平面受力,可简化为平面应力问题,由于板两个方向具有对称性,因此可以等效为图右的1/4模型的分析。

采用ABAQUS进行分析,单元采用最简单的常应力应变三角形单元(Constant Strain Triangle)。基本步骤如下:

(1)创建部件(Create Part

模型空间选为 2D Planar, 类型为 Deformable,基本特性为 Shell,绘制如下部件轮廓。

PART

(2)定义材料 (Define Material

定义弹性材料,输入弹性模量和泊松比

MATERIAL

(3)定义截面 (Define Section

定义截面,属性为固体和各向同性,并指定厚度。

SECTION1

SECTION2

(4)划分部件网格 (Mesh Part

给网格布种,这里按边布种,并指定相应的偏心参数,使靠近圆孔附近的网格更密。指定单元属性为三角形,单元阶次为Linear,相应的单元名字为CPS3,对应为三角形平面应力单元,划分网格:

SEEDEDGE

(5)在组装模块中创建实例(Create instance in Assembly Module

(6)定义荷载步(Create Load Step

定义静力分析用的荷载步,类型为Static,General,不考几何非线性

STEP

(7)定义荷载和约束 (Define load and constraint

在初始荷载步,给左边和底边施加位移约束。在静力分析荷载步,给右边施加50Mpa的均匀面力 。

LOAD

(7)定义任务并运行分析 (Define Job and Submit to Run Analysis

(8)查看结果(Check Results

  • 结果分析(Results

打开分析完的.odb文件,可以在Visualization模块查看分析结果。

(1)变形图 (Deformed Shape Plots

DEFORM

(2)符号图 (Symbol Plots

从符号图可以清楚看出应力集中现象:越接近圆孔,应力越大,越远离圆孔,应力越均匀。

S11应力:

SYMBOLS11

S22应力:

SYMBOLS22

(3)A点和B点应力 (Stress at Point A and Point B

S11:

STRESSS11

A点S11应力为 160Mpa,大约为外荷载50Mpa的3倍。

S22:

STRESSS22

B点S22应力为 -56.7Mpa,绝对值与外荷载50Mpa相近。

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