ABAQUS的Ⅱ型插桩定位装置的有限元分析本科毕业设计论文.doc

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1、存档编号 华北水利水电大学North China University of Water Conservancy and Hydroelectric Power毕 业 设 计 题目 基于ABAQUS的型插桩定位装置的有限元分析 学 院 机械学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 学 号 指导教师 完成时间 2013年5月26日 教务处制 独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文

2、的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计（论文）作者签名： 指导导师签名： 签字日期： 签字日期：毕业设计（论文）版权使用授权书本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用毕业设计（论文）的规定。特授权华北水利水电学院可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定）。毕业设计（论文）作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：目录摘

3、要1Abstract2第一章 绪论31.1 水上插桩定位装置研究的背景和目的31.2 水上定位装置的工作原理31.3 有限元分析的发展历史、现状和趋势4第二章 本课题研究的技术平台72.1 软件工具的选择72.2 建模软件Proe的简介72.2.1 Pro/E的相关特性72.2.2 Pro/E用户界面介绍82.3 ABAQUS的相关介绍92.3.1 Abaqus的相关特性92.3.2 ABAQUS用户界面的相关介绍10第三章 基于PRO/E的型水上插桩定位装置的虚拟建模113.1 建模方案分析113.2 建模过程113.2.1 护筒的建模过程113.2.2 成型半圆环的建模143.2.3 顶梁

4、的建模163.3 装配过程18第四章 baqus的型水上插桩定位装置的有限元分析214.1 模型导入abaqus的方案分析214.2 分析过程214.2.1 部件导入。214.2.2 创造材料和截面属性。214.2.3 定义装配件224.2.4 定义相互作用224.2.5 设置分析步234.2.6 定义边界条件和载荷234.2.7 划分网格254.2.8 提交分析作业274.2.9 分析27第五章 提出优化方案34第六章 总结35致 谢36参考文献37附 录38附录一：英文原文38附录二：英文译文45附录三：设计任务书49附录四：开题报告51摘要型水上插桩定位装置属于水上基础设施建设的一种装置

5、系统，主要用于港口、码头、浅海、滩堤等进行安装砼桩施工的专用装置。由于水上插装定位装置的二维设计图纸不能够直观地表现出该设备的造型及其作业时的工作状态，所以要通过相关软件来绘制出该装置的三维模型，然后模拟其在实际工作时的所受到的外界环境，分析其产生的作用效果，以此来更加形象而直观地将水上插桩定位装置的造型和工作状态表现出来，并对其结构设计提出优化方案。本篇文章中，首先对建模软件PRO/E和有限元分析软件ABAQUS进行简单的介绍，其次是利用PRO/E对该设备的各个部件进行建模和装配，然后将PRO/E创建的模型导入到ABAQUS中进行有限元分析，最后利用所学专业的相关知识，对该设备提出优化方案！

6、本文的目的主要是对型水上插桩定位装置进行建模和有限元分析，建模过程中，只需通过PRO/E进行简单的草绘，拉伸，加厚，阵列，镜像，切削等操作即可完成对零部件的创建，创建完成，通过简单约束即可完成装配。有限元的整个过程中最棘手的问题是对模型进行划分网格，网格划分成功与否直接关系到有限元分析的成败！关键词：有限元 PRO/E ABAQUS Abstract type water plugging pile positioning device belongs to the water infrastructure system, a special device that is mainly use

7、d in port, wharf, shallow sea, beach dam to concrete pile construction installationBecause of the 2 d design drawing of water plugging pile positioning device can not present the modelling of the equipment and the working state of the homework, so we need to simulate the 3 d model of the device and

8、analy the actual work effects through the related software, and then simulate it in the actual work of the external environment, to analyze its effect, in order to more image and intuitively to the modelling of water plugging pile positioning device and working status，and its structure design optimi

9、zation scheme is put forward. In this article, first of all, I have a simple introduction for PRO/E and ABAQUS, the second ，I use the PRO/E to create model and assembly for equipment parts , Later，the model which is created by PRO/E is imported into the ABAQUS to have a finite element analysis , at

10、last I puts forward optimized scheme for the equipment by using the professional knowledge !The purpose of this article is mainly to Creating models and give a finite element analysis for the type water plugging pile positioning. in modeling process, I need to have a simply simple rough, stretching,

11、 thickening, array, mirror,cutting and other operations by PRO/E to complete creating components and parts. After being created, assembly can complete through simple constraints. in the whole finite element process , the most intractable problem is to divide the model grid, the grid division success

12、 or not is directly related to finite element analysis of the success or failure!Keywords: Finite element PRO/E ABAQUS第一章 绪论1.1 水上插桩定位装置研究的背景和目的在港口、码头或者海堤等处进行基础施工的时候，若将大型砼桩插打入水底施工时，由于砼桩特别重，起吊不方便，在水中定位，又受水流、淤泥、涨潮和落潮等因素的波动影响，定位作业很难实现，因此，必须使用一种具有较强针对性，能够满足此种特殊作业要求的装置系统才能实现，仅靠手工操作是无法完成的。水上插桩定位装置的发明目的是提供

13、一套水上砼桩起吊定位的插打装置，解决在港口、码头、海堤等水上作业的困难问题。此套装置能够完成安全、多快好省地组织在水面上对各种砼桩的起吊、定位、插打等整个施工过程。1.2 水上定位装置的工作原理水上打桩作业首先由陆上起始，逐渐往水中延伸。如图1.1所示：灰色柱体即桩，桩1和2为定位桩，桩3即为即将打入的桩，其余部分则为本课题的主要研究对象型水上插桩定位装置。如图1.2所示：1、2均为法兰，其通过螺栓固定在定位桩上面，3、4分别为顶梁和连接板，顶梁被孤独定在法兰上，连接板则一端连接顶梁，另一端拉住定位筒，起到限制定位筒在竖直方向位移的作用，5、6均为定位筒，二者用链条连接，通过调节链条长度来调节

14、两个筒的相对位置，从而增强了定位装置的兼容性，可以定位不同长度的桩设备。7、8均为梁，梁主要用来限制定位筒在水平方向的位移，降低水流冲击对筒在水平方向的影响。型水上插桩定位装置主要用来限制进行作业时桩的位置，使桩能够在湍急的水里也能顺利打入！ 图1.1 插桩示意图 图1.2 定位装置1.3 有限元分析的发展历史、现状和趋势从“有限元”这一名词的出现到现在他在工程上的广泛应用，前后一共经历了三十多年的发展史，他的理论和算法都已经日趋完善。在今天CAD技术得到了大力推广，从自行车到飞机，所有的设计制造没有能离开有限元分析的，FEA在工程设计及分析中将得到了越来越宽泛的重视。国际上早在20世纪 50

15、年代后期、60年代初期就投入了大量的人力和财力去开发具有更强大功能的有限元分析程序。真正有限元软件诞生在70年代早期，世界各地的研究机构发展了一批规模不大，但使用比较灵活、价格比较低的专用或者通用的有限元分析软件，主要有英国的PAFEC、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC、德国的ASKA、法国的SYSTUS和STARDYNE等公司的产品近15年是有限元软件商品化发展阶段。开发商为了适应计算机软硬件的迅猛发展和满足市场需求，在大力推广其软件的同时，在对软件的功能、性能、用户界面和前后处理能力等方面，都进行了大幅度的扩充和改进。目

16、前市场上知名的有限元分析软件如ANSYS和ABAQUS等，在易用性、可靠性、性能、以及对运行环境的适应性方面，已经基本上满足了大多数用户的需求，也帮助用户解决了成百上千个工程问题，同时为工程应用和科学技术的发展做出了长久而深远的贡献。纵观当今国际上CAE软件的发展情况，可以看出有限元分析方法的一些发展趋势：1、与CAD软件的无缝集成。当今有限元分析软件的发展趋势就是和通用CAD软件的集成使用，就是在用CAD软件完成部件和零件的结构设计后，直接将模型导入到CAE软件中进行有限 元网格划分和参数设置并进行分析计算，假如分析的结果不能满足设计要求则需要重新进行设计和分析，从而极大地提高了效率和设计水

17、平。为了满足工程师快速解决复杂工程问题的要求，许多有限元分析软件均开发了CAD软件的接口。有些有限元软件为了实现和CAD软件的无缝集成，采用了CAD的建模技术，比如ADINA软件采用了基于Parasolid内核的实体建模技术之后，就能和以Parasolid为核心的CAD软件（如 Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks）实现真正无缝的双向数据交换。2、更为强大的网格处理能力。有限元法求解问题的根本过程主要有：分析离散化对象、求解、后处理三部分。由于结构离散后网格质量直接影响到求解时间和求解结果的正确性，目前各软件开发商都加大了网格处理方面的投入，大大提高了网格生成的质量

18、和效率，但在对三维实体模型进行自动六面体网格划分以及根据求解结果对模型进行自适应网格划分，除了一些商业软件做得较好外，大部分有限元软件仍没有此功能。自动六面体网格划分是对三维实体模型自动地划分出六面体网格单元来，现在大多数软件都能采用映射、拖拉、扫略等功能生成六面体单元，但这些功能都只能对简单规则模型适用，对于复杂的三维模型就不得不采用自动生成四面体网格划分技术完成四面体单元的划分。对于四面体单元，如果不愿意使用中间节点，就会在很多问题中将会产生不理想的结果，但是如果使用中间节点又会引起收敛速度、求解时间等方面的问题，所以人们迫切希望自动六面体网格功能的出现。自适应性网格的划分是在现有的网格基

19、础上，根据有限元计算结果去估计计算误差、重新划分网格或者再计算的一个循环过程。对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变，引起单元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、薄板成形等大应变分析的必要条件。3、由线性问题到非线性问题随着科技的发展,线性理论已经远不能满足当代设计的需求。比如在建筑行业中的高层建筑的出现,就要求考虑结构的大位移和大应变等几何非线性问题;航天工程的高温部件存在热应力和热变形,同时也要考虑材料的非线性问题;比如塑料、橡胶和复合材料等各种新材料的出现,仅靠线性计算理论是

20、远远不足以解决遇到的问题,只能采用非线性有限元算法才能解决。众所周知,非线性的数值计算是相当复杂的,涉及到很多专门的数学问题和运算技巧,不容易被一般工程技术人员所掌握。为此近年来一些国外公司花费了大量的人力和财力开发诸如MARC、ABQUS和ADINA等专长于求解非线性问题的有限元分析软件。他们的共同特点是具有高效的非线性求解器和丰富实用的非线性材料库。4、由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解有限元分析方法最早应用于航空航天领域，主要用来求解线性结构问题，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。而且从理论上也已经证明，只要用于离散求解 对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。现在用于

21、求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发展方向是结构非线性、流体动力学和耦合场 问题的求解。例如由于摩擦接触而产生的热问题，金属成形时由于塑性功而产生的热问题,需要结构场和温度场的有限元分析结果交叉迭代求解，即热力耦合的 问题。当流体在弯管中流动时，流体压力会使弯管产生变形，而管的变形又反过来影响到流体的流动这就需要对结构场和流场的有限元分析结果交叉迭代求解， 即所谓流固耦合的问题。由于有限元的应用越来越深入，人们关注的问题越来越复杂，耦合场的求解必定成为CAE软件的发展方向。5、程序面向用户的开放性随着商业化的提高，各软件开发商为了扩大自己的市场份额，满足用户的需求，在软件的功能、

22、易用性等方面花费了大量的投资，但由于用户的要求千差万别，不管 他们怎样努力也不可能满足所有用户的要求，因此必须给用户一个开放的环境，允许用户根据自己的实际情况对软件进行扩充，包括用户自定义单元特性、用户自定 义材料本构（结构本构、热本构、流体本构）、用户自定义流场边界条件、用户自定义结构断裂判据和裂纹扩展规律等。 第二章 本课题研究的技术平台2.1 软件工具的选择随着科学技术的发展，目前市场上的建模软件各式各样，如：Auto CAD、Ug、Solidworks、Pro/E等。在本课题的研究中，需要建立型水上插桩定位装置的实体模型，而课题的侧重点在于对该装置进行有限元分析，因此对实体模型没有过多

23、的细节要求，而Pro/E采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块，因此建模软件我选择了Pro/E。对于进行有限元分析的相关软件，目前市面上也是层出不穷，如：Ansys、Abaqus和Dynaform等。对着常规的现行问题，这三种软件都可以较好地解决，在模型规模限制、计算流程、计算时间等方面都较为接近。而Abaqus相对于Ansys和Dynaform来说，其在求解非线性问题是具有明显的优势。其非线性涵盖聊非线性、集合非线性和状态非线性等多个方面。因此,本课题我选择使用Abaqus来进行完成！2.2 建模软件Proe的简介Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司

24、（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。2.2.1 Pro/E的相关特性1、参数化的计相对于产品来说，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的结构特征，而每一种结构特征，又可以用有限个参数来全约束，这就是参数化的概念。2、基于特征建模Pro/E是基于特征的实体

25、模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。3、单一数据库（全相关）Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全

26、同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整结合，使得每件产品的设计结合起来。这个优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格当然也更便宜。2.2.2 Pro/E用户界面介绍 图2.1 PRO/E用户界面PRO/E的主窗口主要包括以下组成不分，如图2.1所示：（1）标题栏标题栏显示了PRO/E的版本和当前模型数据库的名称。（2）工具栏工具栏提供了菜单功能的快捷应用方式，所有功能都能通过菜单直接访问。（3）主菜单菜单栏中包括当前所有肯用的菜单，通过菜单操作，能调用PRO/E的所有功能，用户选择不一样模块的时候，菜单栏中的菜单选项会有所不同。（4）模型树模型树直观

27、地展示了模型的组成部分，使用模型树可以很方便地在各种功能模块之间切换，使用大部分功能。（5）工具区当用户进入其中一个模块的时候，工具区会显示次功能模块中相应的工具，能帮助用户快速调用次模块的功能。很方便（6）视图区模型显示在视图区（7）提示区在进行操作的时候，此区会显示相应的信息。2.3 ABAQUS的相关介绍ABAQUS是一套功能强大的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。达索并购ABAQUS后，将SIMULIA作为其分析产品的新品牌。它是一个协同、开放、集成的多物理场仿真平台。2.3.1 Abaqus的相关特性（1）采用CAD方式建模和可视化视窗

28、系统，具有良好的人机交互特性。（2）强大的模型管理和载荷管理手段，为多任务、多工况实际工程问题的建模和仿真提供了方便。（3）鉴于接触问题在实际工程中的普遍性，单独设置了连接(interaction)模块，可以精确地模拟实际工程中存在的多种接触问题。（4）采用了参数化建模方法，为实际工程结构的参数设计与优化，结构修改提供了有力工具。2.3.2 ABAQUS用户界面的相关介绍图2.2 ABAQUS用户界面 ABAQUS的用户界面跟PRO/E的大致相同。不同的地方就是ABAQUS比PRO/E多了一个环境栏：ABAQUS包括一系列功能模块，其中每一模块完成模型的一种特定功能。通过环境的模块列表，可以在

29、各功能模块之间任意切换。环境栏中其他选项是当前正在进行的功能。第三章 基于PRO/E的型水上插桩定位装置的虚拟建模3.1 建模方案分析型水上插桩定位装置虽然各个部件简单，但是结构复杂。建模方法多种多样，但从中筛选出一种合理、明了而又高效的则需要考虑我所研究课题的特点。以此使建模过程简单化、结果明显化，建模的特点也同时深深地影响着利用Abaqus进行的有限元分析。因此，建模的方案选择需要慎重考虑！型水上插桩定位装置的结构比较复杂，而本课题的侧重点是对该装置进行静力分析，其部件上的倒角，圆角和部分孔以及装配时用于连接的销钉、螺栓和螺母等对分析结果不构成影响，因此在进行建模过程的时候可以不予创建，一

30、方面简化了结构，减轻了工作量，另一方面也极大地降低了有限元分析的难度及复杂程度。型水上插桩定位装置中用于连接上下两个定位筒的链条在建模过程中我选择省略，原因是在进行有限元分析时，链条的结构相当复杂，而其质量相对于整个装置来说不构成任何影响，可以忽略不计。两个筒在有限元分析软件中我采用绑定策略来替代链条对二者的约束。同时省略的部件还有焊接在定位筒上面的吊耳。对于结构中的各个部件，有些在结构和尺寸上面是大同小异的，为了减少工作量，我才去先创建零件模型，再装配成整体装置的步骤。3.2 建模过程3.2.1 护筒的建模过程护筒分成上下两个筒，筒壁厚度均为8mm，套筒的内径为720mm，插筒外径716mm

31、，二者长度均为2000mm。在作业过程中，可以通过调节链条长度来改变两筒重合的尺寸，从而达到自由伸缩双筒的目的。下面以套筒建模为例，说明该装置定位筒的建模过程：（1）点击菜单栏中的“文件”，选择下拉菜单中的“新建”，或者点击工具栏中的，均可达到新建目的。（2）在弹出的新建对话框中，类型选择零件，子类型选择实体，然后对部件命名，去掉“使用缺省模块”前的勾选项后点击“确定”按钮。见图3.1。 图3.1 新建部件窗口（3）点击确定后在弹出的新建选项卡对话框中选择“mmns_part_solid”，其他默认，点击“确定”按钮。见图3.2。 图3.2 新建文件选项窗口 （4）进入建模界面之后，点击右侧工

32、具栏中的，然后鼠标右键长按视图区，在弹出的菜单中选择“定义内部草绘”。然后选择“top”面作为草绘平面，然后点击草绘话框中的“草绘”按钮。见图3.3。图3.3 草绘窗口（5）进入草绘界面后选择,然后移动鼠标，锁定坐标系原点后单击一下，然后再点击，选定所画的圆后点击确定，鼠标移动到视图区中的标注尺寸，当其变为绿色是双击，将其尺寸修改为720mm，回车确定。（6）此时草绘已经完成，鼠标点击左边工具区的，进入拉伸过程。点击左上角的，然后在右边的输入框键入2000mm后点击视图区右上角的。（7）此时套筒的外形已经建成，通过滚动鼠标滚轮可以进行模型的缩放，点击鼠标中键可以旋转模型。点击菜单栏，在下拉菜单

33、中点击，通过观察模型可以看到加厚的方向，点击黄色箭头可以更改方向，选择往外加厚，点击视图区右上角的。（8）至此套筒模型创建完毕，见图3.4。点击菜单栏，选择下拉菜单中的，或者直接点击工具栏中的，选择保存路径和文件格式后，保存部件模型。图3.4 套筒 插筒模型创建的过程跟套筒的一样，只是部分尺寸有所差异。3.2.2 成型半圆环的建模相对应于上插筒也有上下两个成型半圆环，成型半圆环的厚度在整体范围内取36mm，板宽200mm，上成型半圆环的内轮廓如图所示3.5。 图3.5 梁草绘尺寸下面以上成型半圆环为例，说明成型半圆环的建模过程。新建时设置参数等步骤已在筒的建模中详述，在此不作介绍，直接进入草绘

34、阶段。（1）鼠标点击，在水平方向坐标轴上于原点两侧画出半径分别为为273mm和367mm的圆。点击，修改圆心到原点的距离为800mm。（2）在原点上方297mm处沿水平方向画出一条足够长的线段，过该线段上一点任意画一条直线，使其同时交与其中一个圆；同样的方法，过该线段上另一点画与另一个圆相交的直线。（3）鼠标点击，在弹出的约束对话框中选择，然后选取一个圆和与其相交的直线后在“选取”对话框中点击确定。同样方法，对另一个圆进行相同操作。（4）鼠标点击，选取其中相交的两条线段，在选取对话框中点击确定。然后修改标注，将其圆弧半径修改为136mm，同样方法，对另两条相交线段进行相同操作。最后将圆弧两端直

35、线的夹角都修改为115度。（5）过半径为273mm圆的圆心和相应切点画一条直线，并交此圆于两点。鼠标点击，将多余部分修建掉，完成草绘。然后通过拉伸，加厚等操作生成实体模型。（6）将拉伸和加厚生成组，然后鼠标点击，视图左上角选择框中选择方向后选取阵列方向在“top”面，阵列个数输入3，距离输入730mm。点击完成阵列操作。（7）选择，然后点击，选择“top”面重新进入草绘模式。沿成型半圆环的外边界相应出画出一条200mm长的线段，然后对其进行拉伸加厚等操作，最终完成上成型半圆环的建模过程。见图3.6。图3.6 成型半圆环下成型半圆环模型的创建过程跟上成型半圆环的一样，只是部分尺寸和数量有所差异。

36、3.2.3 顶梁的建模在进行草绘前选择，然后点击视图左上角的，接下来再进行草绘。(1)鼠标点击，自原点开始，水平向左截取367mm线段，然后顺次垂直向上截取500mm线段，点击鼠标中键结束。对原点右侧进行同样操作。(2)鼠标点击，然后分别选取两条线段后点击“确定”。修改倒角标注为124mm。(3)鼠标点击完成草绘进入拉伸阶段。视图区左上角的输入框中将尺寸修改为160mm后点击完成拉伸操作。(4)选择菜单栏中“编辑”，在其下拉菜单中选择“加厚”。视图左上角输入框输入24mm，加厚方向选择向里。(5)点击后鼠标右键长按视图区，选择“自定义草绘”，然后选择“front”面进行草绘。(6)点击菜单栏中

37、的草绘，在其下拉菜单中选择参照，选取顶梁的下表面后确定。(7)以竖直坐标轴为中线，左右两侧水平方向分别截取40mm的线段。然后以80mm线段作为一边在顶梁底部面上画邻边分别为80mm，160mm的矩形，倒角半径为20mm。(8)点击完成草绘，进行拉伸，拉伸长度选择1250mm。点击完成拉伸。(9)点击后选择，以长柄的上表面为参考平面进行草绘，画出相应尺寸的界面图后进行切除操作，长度选择160mm，点击完成切除。图3.7 顶板至此，顶版的建模已经基本完成。见图3.7。对于法兰，连接板等简单部件的建模过程在此就不再一一赘述。3.3 装配过程整个装配是一个繁琐的过程，装配部件是不分先后顺序的，我个人

38、是从定位筒开始的，围绕定位筒将其他部件一一加载进来，进行约束与匹配，下面是大致过程：（1）打开proe软件，菜单栏中选择“文件”，下拉菜单中选择“新建”，或者点击工具栏中的，在弹出的“新建对话框”中“类型”选择“组件”，“子类型”选择“实体”，点击“确定”。见图3.8。图3.8 新建装配窗口（2）鼠标点击右侧工具栏中的，在弹出的“打开”对话框中，找到套筒模型所在位置，选择打开，及导入了第一个部件。然后点击来确定。（3）同样步骤，将上成型半圆环导入，导入之后就会看到两者的位置是任意的。同时按住“ctrl”和“alt”键，用鼠标可以对成型半圆环进行任意拖拽，移动，和旋转等操作。点击视图区左上角的“

39、移动”可以对成型半圆环进行任意移动操作。（4）点击视图区左上角的“放置”，“约束类型”选择“匹配”，“偏移”选择“重合”。鼠标点击上成型半圆环包裹圆筒的面，然后移动光标到圆筒处，点击一下其外表面，成型半圆环便包裹在筒的外表面了。（5）点击视图区左上角的“新建约束”，“约束类型”选择“对齐”，“偏移”选择“重合”。先选择成型半圆环所在三维坐标系中的“front”面，然后拖动光标到圆筒所在坐标系的“right”面点击确定。见图3.9。（6）点击视图区左上角的“新建约束”，“约束类型”选择“匹配”，“偏移”选择“偏距”，距离设为170mm，点击成型半圆环的上表面后再点击筒的上表面确定完成筒和成型半圆

40、环的装配。 图3.9 新建约束（7）鼠标点击右侧工具栏中的，在弹出的“打开”对话框中，找到插筒模型所在位置，选择打开，开始匹配上插筒。（8）点击视图区左上角的“放置”，“约束类型”选择“对齐”，“偏移”选择“重合”。鼠标点击插筒的中心轴线，然后移动光标到套筒筒处，点击其中心轴线确定。（9）点击视图区左上角的“新建约束”，“约束类型”选择“匹配”，“偏移”选择“偏距”。 距离设为30mm，鼠标点击插筒的上表面后移动光标到套筒的下表面处点击确定完成上插筒的装配（插筒和下成型半圆环的装配同套筒和上成型半圆环的装配过程，再次不做赘述）。（10）鼠标点击右侧工具栏中的，在弹出的“打开”对话框中，找到连接

41、板模型所在位置，选择打开，开始匹配套筒和连接板。（11）点击视图区左上角的“放置”，“约束类型”选择“匹配”，“偏移”选择“重合”。鼠标点击筒的切削面后移动光标到连接板的内表面，点击一下。（12）点击视图区左上角的“新建约束”，“约束类型”选择“对齐”，“偏移”选择“重合”。鼠标选择连接板所在三维坐标系中的“right”面，然后拖动光标到圆筒所在坐标系的“front”面点击确定。（13）点击视图区左上角的“新建约束”，“约束类型”选择“匹配”，“偏移”选择“重合”。鼠标点击连接板的下表面后再点击切削面的下表面确定完成。顶梁和连接板的匹配以及与法兰的匹配在此就不做一一介绍了，匹配方案都在上面介绍

42、完了，本装置的装配无外乎轴线对齐，面重合以及面偏距。最终装配的实体模型见图3.10图3.10 装配图第四章 baqus的型水上插桩定位装置的有限元分析4.1 模型导入abaqus的方案分析ABAQUS的自带建模功能在分析软件中是首屈一指的，简单的三维造型可以利用PART的模块直接做出来！如果利用abaqus创建复杂的三维造型，其操作的可行性就远不如利用专业的建模软件。如Proe、UG、Soildworks等，考虑到本课题中所研究装置结构的复杂性，我选择使用三维建模功能强大的Proe软件建模，之后再导入到abaqus里进行分析。导入Abaqus主要有两种方式，一是直接导入装配图，二是导入部件图之

43、后再在分析软件中进行装配！考虑到abaqus软件划分网格的特点以及本课题中所研究装置结构的复杂性，我选择第二种方式进行导入分析。4.2 分析过程由于要导入部件图，所以需要在proe保存文档的时候选择abaqus支持导入的文件格式，于是我选择了“stp”格式。后来我发现，在proe中装配好的模型，以导入部件方式导入到abaqus中后再去装配的时候，各个部件的位置是相对不变的，这给abaqus中装配部件和添加约束都带来了极大的便利！于是，在proe存档之前，我先把各个部件的相对位置定位得分毫不差，以至于后期分析着实给我减轻了极大的负担。4.2.1 部件导入点击菜单栏中的，在下拉菜单中选择，再在“导

44、入”的级联菜单选择，找到存放的stp格式文件，选择确定。在弹出的对话框中选择确定。经过一段时间扫描，所有部件就都导入到了abaqus里面。4.2.2 创造材料和截面属性在窗口左上角的“模块”列表中，选择“属性”功能模块，定义材料步骤如下：（1） 创建材料 点击左侧工具区中的，或者在主菜单选择“材料”，在其下拉菜单中选择“创建”。同样，也可以双击左侧模型树中的“材料”来完成此项操作。 在弹出的“编辑材料”对话框中选择“通用”，在其对应的下拉菜单中点击“密度”，在相应的框中键入“7.85e-12”。然后点击力学，下拉菜单中选择“弹性”，在弹性的级联菜单中仍选择“弹性”，在“杨氏模量”输入框中键入2

45、10000，泊松比输入框中键入0.3。其他的不需要改变，点击“确定”。 图3.8 编辑密度 图3.9 编辑模量、尺寸（2） 创建界面属性 点击左侧工具区中的，或者在主菜单中选择“截面”，在其下拉菜单中选择“创建”。同样，也可以双击左侧模型树中的“截面”来完成此项操作。保持默认参数不变，点击“继续”，在弹出的“编辑截面”对话框中，保持默认参数不变，点击“确定”。（3） 及部件赋予界面属性 点击左侧工具区中的，或者在主菜单中选择“指派”，在其对应的下拉菜单中点击“截面”点击视图区中的部件模型，ABAQUS以红色高亮显示被选中的实体边界，在试图去中点击鼠标中建，弹出“编辑界面指派”对话框，点击“确定”。4.2.3 定义装配件整个分析模型是一个装配件，在部件功能模块中创建的各个部件将在装配功能模块中装配起来。在装口左上角的“模块”列表中选择“装配”功能模块。点击左侧工具去中的，或在主菜单中选择“实例”，在其下拉菜单中选择“创建”。也可以直接点击左侧模型树中左侧的“”，然后双击其下一层的来完成此项操作。在弹出的“创建实例”对话框中，将导入的部件一一选中后，点击“确定”，完成装配过程。