科学实践：ｌ 基于ＡＢＡＱＵＳ的悬臂梁模态及动力响应分析 亓彦涛 王志军（黑龙江省建工集团） 摘要：基于有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ，构建了悬臂梁的参数化模型。对 其进行了模态以及稳态动力响应的分析，得到了系统固有频率、振型图和稳 态动力响应的应力与位移结果，为进一步的动态特性优化提供理论指导。 关键词：悬臂梁；ＡＢＡＱＵＳ模态分析动力响应 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ １有限元软件ＡＢＡＱＵＳ简介 ＡＢＡＱＵＳ是美国ＡＢＡＱＵＳ公司（原名ＨＫＳ公司，即Ｈｉｂｂｉｔｔ， Ｋａｒｌｓｓｏｎ＆Ｓｏｒｅｎｓｅｎ，Ｉｎｃ．）的产品。ＡＢＡＱＵＳ已成为国际上最先进 的大型通用有限元力学分析软件之一，ＡＢＡＱＵＳ是一套功能强大 的进行工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线 性分析到许多复杂的非线性问题。ＡＢＡＱＵＳ拥有ＣＡＥ工业领域最 为广泛的材料模型，它可以模拟绝大部分工程材料的线形和非线形 行为，可以进行结构的静态和动态分析，如应力、变形、振动、热传导 以及对流等。也可以模拟广泛的材料性能，如金属、橡胶、塑料、弹性 泡沫等，而且任何一种材料都可以和任何一种单元或复合材料的层 起用于任何合适的分析类型。 ＡＢＡＱＵＳ核心模块主要有３个，两个分析模块 （ＡＢＡＱＵＳ／Ｓｔａｎｄａｒｄ、ＡＢＡＱＵＳ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ）和一个集成化的人机交互 一图形工作界面ＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｌｅｔｅ Ａｂａｑｕｓ Ｅｎｖｉｒｏｎ— ｍｅｎｔ），其中ＡＢＡＱＵＳ／Ｓｔａｎｄａｒｄ是通用分析模块，ＡＢＡＱＵｓ／Ｅｘ— ｐｌｉｃｉｔ是显式分析模块，ＡＢＡＱＵｓ／ＣＡＥ是前后处理模块。ＡＢＡＱＵＳ 的其它功能请参考有关书籍，这里不再赘述。 ２模型的建立及网格划分 有限元模型的建立，首先要建立几何模型，然后指定材料特性、 定义边界条件、施加载荷，形成具有完整分析属性的分析模型，最后 进行网格划分，形成离散的有限元模型。ＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥ中的十个功 能模块：Ｐａｒｔ、Ｐｒｏｐｅｒｔｙ、Ａｓｓｅｍｂｌｙ、Ｓｔｅｐ、Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ、Ｌｏａｄ、Ｍｅｓｈ、 Ｊｏｂ、Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ、Ｓｋｅｔｃｈ，可以完成建模、分析和后处理等任务。 进入Ｐａｒｔ模块，创建一个三维的可变形拉伸实体ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ，进 入草图环境，确定悬臂梁截面尺寸Ｏ．８×０．３，选择拉伸长度为２．０， 完成悬臂梁三维实体模型的创建，如图１所示。进入Ｐｒｏｐｅｒｔｙ模块， 完成材料Ｓｔｅｅｌ的定义，刨建截面类型为Ｓｏｌｉｄ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ，完 成均匀实体截面属性的定义，然后把截面属性赋予整个部件ｃａｎ— ｔｉｌｅｖｅｒ。进入Ａｓｓｅｍｂｌｙ模块，选择Ｐａｒｔｓ栏中选择部件ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ， 创建类型为Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ的实例。进入Ｓｔｅｐ模块，创建两个分析 步，一个类型为Ｌｉｎｅａｒ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，选取前六阶模态； 另一个类型为Ｌｉｎｅａｒ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ：Ｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ， 图９三阶振型图 图１０四阶振型图 Ｍｏｄａｌ，完成模态分析和稳态动力响应分析步的定义。在Ｌｏａｄ模块 ４结论 中，在梁的一端添加固定约束，在梁表面施加载荷，载荷大小为 本文借助有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ，构建了悬臂梁的离散有 ２Ｅ６，类型为Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ，如图２所示。 限元模型，进行了模态以及稳态动力响应的分析，得到了系统稳态 动力响应的应力与位移结果和各阶振型图，为在设计阶段发现和解 决问题提供了参考数据。 １庄茁，张帆等．ＡＢＡＱＵＳ非线性有限元分析与实例［Ｍ］．北京：科学 技术出版社，２００５． ２张玉峰，朱以文，丁宇明．有限元分析系统ＡＢＡＱＵＳ中的特征技术 图１ 悬臂梁模型 ２施加载荷模型 ２００６，５：１４２—１４８． 最后，进入Ｍｅｓｈ模块，设置种子尺寸为Ｏ．１（如图３所示），选 ［Ｊ］工程图学学报，３王慎平，刘北英．ＡＢＡＱＵＳ中的非线性模拟［Ｊ］．机械制造与研究， 择单元类型为Ｃ３Ｄ８Ｒ，在实例上进行网格划分，最终网格如图４所 ２００６，３５（２）：２Ｏ一２２． ◆ 参考文献： 丞 至些 查 霾 塑 经建立完成，接下来就可以进行后处理分析。 （上接２４２页） 是一种可大力发展的工业化的利用方法。 三、小结 饲料的利用方式正在取得突飞猛进的发展，秸秆能源也正在取得有 效的进展，这都为我市的环境保护及秸秆能源的再利用作出积极贡 近几年来，在国家的大力引导下，农民对秸秆利用的认识 献。相信随着秸秆利用技术的进一步成熟与完善，大量的秸秆必将 有了质的飞跃，过去大量焚烧，目前转变为大面积的粉碎还田，秸秆 在我国农村经济发展中彰显出它越来越重要的地位。 ２４３
