Workshop 11
一根懸臂樑的線性靜態分析: 多種負載狀態
Introduction(前言)
在做完本練習後, 對在線性靜態分析中使用負載狀況(load cases)你將會變得很熟悉. 我們將使用在第一個練習(Workshop 1)中所製作出來的幾何模型來建構一個懸臂樑的有限元素模型. 這根樑的左側是嵌進牆中固定住的, 各種不同的負載是施加在右側端. 此處我們將要考量六種負載狀況: 單位力以總體座標的X-, Y-, 跟 Z-方向施加上去, 還有單位轉矩以總體座標的X-, Y-, 跟 Z-方向施加上去. 整個模型顯示在圖 W11–1 中. 我們將以兩種方式來解這個問題: 第一種方式使用一個擾動分析步其中含有六個負載狀況(load cases), 第二種方式使用六個擾動分析步每一個擾動分析步中都只有一個負載狀況
(load case).
Preliminaries(準備工作) 1. 從 ../IntroClass/workshops/ beam  這個目錄中啟動式.
w11_Preliminaries
2. 從他所彈出來的 Start Session  對話框中選用 Open Database  選項. 然後開啟模型資料檔 BEAM.cae .(*.cae 必須與*.jnl 同時存在相的資料夾下)
submitting3. 在模型樹中的 BEAM  上按下滑鼠右鍵並從所彈出來的功能表中選用 Copy Model  功能選項. 在 Copy Model  對話框中, 輸入 LoadCases  作為這個新模型的名字. 按下 OK  按鈕.
在模型樹中的4. LoadCases  模型上按下滑鼠右鍵並從所彈出來的功能表中選用 Set As Root  讓整個模型樹中變成只有 LoadCases  這個模型而已.
Defining a linear perturbation  static step(定義一個線性的靜態的擾動分析步)
1. 在模型樹中的Steps  旁邊的 “+” 符號上點一下將此容器展開.
在2.  普通靜態分析步(general static step)現在被另一個線性靜態擾動分析步取代了. 注意: 分析步置換選項只能用於取代如上所述的  技術狀況中. 在此例中, 與分析步相關的屬性會被保留下來. 因為我們只想使用這根樑的幾何形狀跟物理特性而已, 所以將它的分析步跟與分析步相關的屬性一起刪除掉較快.
BeamLoad  分析步上按下滑鼠右鍵並從所彈出來的功能表中選用 Delete 功能選項刪除掉在第一個練習(Workshop 1)中所製作出來的普通靜態分析步(general static step). ABAQUS 會自動切換到 Step 模組同時警告你刪除掉分析步的話也會同時刪除掉輸出變數的指定等特性, 以及在此分析部所定義的負載. 按下 Yes  接受之.
3. 在模型樹中的 Steps  上快點兩下產生一個新的分析步.
4. 為此分析步取名為
5. 在此 LoadCases .
Create Step  對話框中的 Linear perturbation  程序裡的可用列表中, 選取 Static, Linear Perturbation  選項然後按下 Continue  按鈕.
6. 在其
7. 按下 Basic  標籤頁中的Description  欄位裡, 輸入 Six load cases applied to right end of beam .
OK  以將此分析步製做出來然後結束此分析步編輯器.
Defining a rigid body constraint to transmit the load(定一個剛體拘束來傳遞此負載)
如圖 W11–1 中所示, 我們想要在樑的右端上施加力量跟轉矩上去. 然而, 這根樑模型是使用實體的 C3D8I 元素建構的, 它只能夠將位移自由度傳遞過去而已. 所以, 只有力量負載可以直接施加此模型上. 而不能在模型上直接施加力偶(force couples), 我們將施加集中轉矩於樑的右端上. 在這個樑的端面上, 所有的負載將透過一個剛體拘束傳遞到樑上. 這個方法的好處是這個剛體的參考點具有三度空間中的六個自由度: 三個平移與三個旋轉自由度這讓我們可以直接施加集中轉矩在上面. 至於剛體與拘束將在第十二單元中進一步討論.
To create a rigid body constraint(製作剛體拘束): 1. 從上方的下拉式功能表中, 選取 Tools →Reference Point  功能選項來為此剛
體拘束先製作一個參考點. 這個參考點將位於樑的右端面的中心. 座標值是 100.0, 0.0, 12.5. w11_rigid bady
2. 在模型樹中的 Constraints  上快點兩下, 會自動切換到 Interaction 模組中同時
會啟動一個產生剛體拘束的程序. 在彈出來的 Create Constraint  對話框中, 選取 Rigid body  作為拘束類型然後按下 Continue  按鈕.
3. 然後在 Edit Constraint 對話框中, 選取Pin (nodes) 作為 Region type  然後按
下在此編輯器右側的 Edit  按鈕. 然後在圖形區中, 選取樑的右端面作為此剛體的插銷區(pin region). 選好了這個面之後, 按下提示區中的 Done  按鈕.
在此編輯器的下半部4. , 按下 Edit  來編修此 Reference Point  同時選取此一早先已經做好了的參考點來作為此剛體的參考點(reference point).
5. 按下OK  結束此 Edit Constraint  對話框.
Defining loads and load cases(定義負載與負載狀況To define loads(定義負載):
1. 在模型樹中的Loads 上快點兩下直接進入 Load 模組來產生一個新的負載.
2. 在 Create Load  對話框中:
a. 將此負載取名為
b. 選取 Force-X .
LoadCases 這個分析步作為這個負載要生效(actived)的分析步.
c.在 Category  列表中, 接受其預設的種類(category)Mechanical .
d. 在 Types for Selected Step 列表中, 接受 Concentrated force  昨為施
加負載的類別然後按下 Continue  按鈕.
e. 然後選取參考點作為此負載要施加上去的點.
f. 在
g. 按下 Edit Load 對話框中, 輸入CF1 的值為 1.0.
OK 按鈕完成整個負載的定義程序.
同樣的動作3. , 再製作兩個 a. 負載 Concentrated force  負載分別叫做 Force-Y  以及 Force-Z  以及三個 Moment 負載分別叫做Moment-X , Moment-Y , 和 Moment-Z .
而負載b. ABAQUS/CAE 會在參考點處顯示箭, 以表示施加在模型上的負載.
Force-Y  跟 Force-Z, 分別是設定 CF2=1.0 以及 CF3=1.0.
Moment-X , Moment-Y , 跟Moment-Z, 則分別是設定 CM1=1.0,
CM2=1.0, 跟 CM3=1.0.
To define load cases(定義負載狀況):
在模型樹中1. , 將 接著 LoadCases  分析步展開並在其中的 Load Cases  上快點兩下以在此分析步中產生出一個負載狀況.
Create Load Case  對話框會彈出來.
2. 在 Create Load Case  對話框中:
將此負載狀況取名為a.  LC-Force-X , 接受其預選的 LoadCases  分析步, 然後按下 Continue  按鈕.
b. 在Edit Load Case 對話框中, 選擇 Loads  標籤頁按下其中的 Add  按鈕.
c. 在 Load Selection 對話框中, 選擇Force-X  然後按下 OK 按鈕.
d. 接著按下 OK  按鈕結束 Edit Load Case  對話框.
3. 重複這個步驟再製作另外五個負載狀況: 剩餘的這些每一個負載都為之作一個負載狀況. 分將這些負載狀況取名為注意固定端的邊界件是在初始分析步(initial step)中定義的, 所以其在這個分析步的每個負載狀況中都是有效的.
LC-Force-Y , LC-Force-Z , LC-
Moment-X , LC-Moment-Y , 以及 LC-Moment-Z  並且每一個負載狀況都為之加上對應的負載.
Creating and submitting the analysis job(產生與執行分析作業) To create and submit the analysis job(產生與執行分析作業):
1. 在模型樹中, 點一下
按鈕以將整個模型顯示在模型樹中.
2. 在模型樹中的下半部的 Jobs  上快點兩下來產生一個分析作業.
其 Create Job  對話框會彈出來. w11_Job Results.avi
3. 將此分析作業取名為 loadCases  並且選取模型中的LoadCases  分析步. 按下 Continue 按鈕.
分析作業編輯器會彈出來.
4. 其Edit Job  對話框中的 Description  欄位裡, 輸入 Cantilever Beam with
Multiple Load Cases . 按下OK 按鈕.
5. 在模型樹中, 將Jobs  容器展開並在其中的 loadCases  按下滑鼠右鍵來取用其功能表.
6. 然後從所彈出來的功能表中選用 Submit 功能選項.
Viewing the analysis results(查看分析的結果)
1. 當分析作業成功的被計算出來後, 在模型樹中的 loadCases  分析作業上按一下滑鼠右鍵, 並從所彈出來的功能表中選取 Results  功能選項.
ABAQUS/CAE 會自動切換到 Visualization 模組並且會將由此分析作業所產生出來的輸出資料檔(loadCases.odb )開啟. 檢查這個分析的結果. 注意負載狀況的輸出是分別被儲存在輸出資料中的不同 frames 中. 使用 Step/Frame  對話框 (Result →Step/Frame )來選擇所要顯示的負載狀況. 圖 W11–2 中, 顯示出每一個負載狀況的馮氏應力的等值應力彩現圖.
Figure W11–2  Mises stress contours.
w11_MultStep and Using Multiple Perturbation Steps(使用多個擾動分析步)
接下來我們使用多個擾動分析步, 而不再使用多負載狀況來做相同的分析.
1.在模型樹中的LoadCases上按下滑鼠右鍵並從所彈出來的功能表中選用
Copy Model功能選項.
2.在Copy Model對話框中, 輸入MultSteps作為新的模型名稱. 按下OK按鈕.
3.在模型樹中, 將模型MultStep 中的Steps容器展開然後使用功能表中的功能
將分析步LoadCases改名為Step-FX. 另外, 再製作五個額外的線性靜態擾
動分析步分別叫做Step-FY, Step-FZ, Step-MX, Step-MY, 跟Step-MZ.
4.現在, 負載與負載狀況不可能從一個擾動分析步中傳到另一個擾動分析步中.
所以, 在分析步Step-FX中(它從前一個模型中繼承了所有的負載跟負載狀況)
你必須要將其中的所有負載跟負載狀況都刪除掉除了Force-X以外:
a.在模型樹中, 將Step-FX展開.
b.在分析步(step)分支中, 將LoadCases容器再展開.
c.按住並拖曳滑鼠將 Step-FX之下的所有負載狀況都選取起來.
d.在所選取起來的所有負載狀況上按滑鼠右鍵然後從彈出來的功能表中
選取Delete功能選項.
e.將Steps分支收起來.
f.將MultStep模型中的Loads分支展開, 刪除其中的Force-Y, Force-Z,
Moment-X, Moment-Y, 跟Moment-Z.
5.在模型樹中MultStep模型裡的 Loads上快點兩下, 在這裡我們要來定義一
個叫做Force-Y的集中力負載在Step-FY分析步中, 此力量CF2=1.0作用
在參考點上.

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