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学生学号 实验报告成绩 研究生课程实验报告 课程名称 现代设计方法实践与案例 开课学院 专业班级 姓 名 指导教师 2015 年 1 月 15 日 基于ABAQUS的联轴器有限元分析 摘要：本文介绍了一种CAE有限元分析软件ABAQUS，通过ABAQUS有限元分析软件对一种典型的机械零件——联轴器进行有限元模拟仿真，最后得到联轴器的静态模型分析，并总结了联轴器保护的合理化建议。 关键词：联轴器 ；ABAQUS ；静态模型 1. ABAQUS简介 ABAQUS 被广泛地认为是功能最强的，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。 ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。ABAQUS的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。由于 ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得 ABAQUS 被各国的工业和研究中所广泛的采用。 ABAQUS 产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。 真实世界的仿真是非线性的, ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。ABAQUS为用户提供了广泛的功能，且使用起来又非常简单。高度非线性问题，用户只需提供一些工程数据，像结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况 2.1联轴器功能基础 联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。 2.2联轴器ABAQUS分析过程 一个完整的ABAQUS有限元分析过程包括三个步骤：前处理、分析计算和后处理。具体针对联轴器的模态分析的步骤可分为：建模、选择分析步类型、施加约束载荷、划分网格、求解。图1为ABAQUS的操作界面，下面就针对这5个步骤进行详解说明。 图1 ABAQUS操作界面图 2.2.1几何模型的创建 有限元分析中，几何模型是各种物理信息的载体，创建几何模型是有限元分析必不可少的一步。ABAQUS CAE模型由若干个部件构成，我们可以在部件模块中创建和修改各个部件，也可以从其他CAD软件中导入部件模型，还可以使用输入文件或者python脚本语言来创建部件。联轴器的几何模型创建跟其他CAD软件创建相同，可以在ABAQUS“部件”中创建，也可以由其他三维软件画好后导入。其几何模型创建图如上图1。 2.2.2 材料模型 ABAQUS提供了丰富的材料模型，包括材料的本构关系和失效准则等，仅橡胶材料模型就有16种。除了常规的金属弹塑性材料外，还可以有效的模拟高分子材料、复合材料、土体、岩石和高温蠕动变形材料等特殊材料。ABAQUS还提供灵活强大的用户自定义接口，用户可以使用Fortran语言来开发自己的材料模型。联轴器的材料模型选为力学弹性模量材料类型。密度7800kg/m3,弹性模量为206GPa，泊松比为0.3。图2为材料属性赋值界面。 图2材料属性赋值 2.2.3 ABAQUS装配功能 ABAQUS的分析对象是装配体而不是部件，所以，在几何模型创建的部件组装成一个装配体。ABAQUS中的每个部件都存在于自己的局部坐标系中，在模型中相互独立。我们可以使用Assembly模块生成部件的实例，并且在整体坐标系中把各部件的实例相互定位，从而生成一个完整的装配体。联轴器的装配过程图3，在此过程中，将联轴器定位，限制自由度，使得联轴器只能绕着Z轴方向做旋转运动。 图3联轴器装配图 2.2.4分析步 分析步功能模块中，用户可以定义一系列分析步、设定自适应网格、控制求解过程、改变或创建输出数据，以及设置诊断输出、重启动要求等。在实际分析过程中，由于物理过程中的载荷和边界条件是随着时间或者状态的改变而改变，进行有限元模拟时可以根据实际情况把整个物理过程划分成若干时间段，分别为每个时间段指定载荷和边界条件，这样一个时间段就是一个分析步。图4为联轴器分析步过程界面。 图4 联轴器边界载荷分布图 2.2.5网格划分 网格功能模块主要可以实现以下功能：布置种子控制网格密度、控制单元形状、划分网格、检验网格质量、编辑修改网格等。网格划分是有限元分析过程及其重要的一步，特别是对几何形状比较复杂的模型，网格划分质量的好坏直接影响到求解精度和求解时间，有时不合理的网格划分甚至会导致求解过程的中断，所以划分网格应该