(完整版)SolidWorksSimulation有限元分析培訓教程課件

1、SolidWorks Simulation基礎培訓 SolidWorks Simulation培訓目錄緒論 有限元簡介第8章 薄件分析第1章 分析流程第9章 混合網(wǎng)格殼體和實體第2章 網(wǎng)格控制、應力集中、邊界條件第10章 混合網(wǎng)格實體、梁和殼第3章 帶接觸的裝配體分析第11章 設計情形第4章 對稱和自平衡裝配體第12章 熱應力分析第5章 帶接頭的裝配體分析第13章 自適應網(wǎng)格第6章 兼容/不兼容網(wǎng)格第14章 大位移分析第7章 網(wǎng)格細化的裝配體分析緒論 有限元簡介主要內(nèi)容SolidWorks Simulation概述有限元分析概述SolidWorks Simulation的使用限制Simulat

2、ion 發(fā)展歷程輝煌的歷史 1982 1985 1995 1997 SRAC 創(chuàng)立 COSMOS/M 第一款用于 PC 的 FEA 軟件 第一個SolidWorks 合作伙伴,推出CosmosWorks第一個 SolidWorks 黃金合作伙伴 發(fā)布 COSMOS 2008 被 Dassault Systemes 收購 SolidWorks Simulation 20092002 C20072001 C1996 與 SolidWorks 整合 SolidWorks Simulation 產(chǎn)品Solidworks Simulation Premium-白金包Solidworks Simulati

3、on Professional-專業(yè)包靜態(tài)分析模態(tài)/屈曲熱分析跌落測試疲勞Motion優(yōu)化非線性時間-歷史瞬態(tài)響應隨機振動壓力容器諧波響應復合材料什么是Finite Element Analysis (FEA)有限元思想最早可以追溯到遠古時代，在幾個世紀前就得到了應用。如用多邊形（有個直線單元）逼近圓來求圓的周長。FEA不是唯一的數(shù)值分析工具，在工程領域還有其它數(shù)值方法，如有限差分法、邊界元法和有限體積法（流體）。FEA占據(jù)了工程分析的軟件市場，而其它方法被歸入小規(guī)模應用。什么是FEA例：如何用一根很短的尺子來測量從家到郵箱的小路的長度？彎曲的小路用分段小路來代替用短尺分段測量小路FEA 步驟

4、一般來講，F(xiàn)EA軟件通常有以下三個步驟: 預處理 分析的類型（例如，靜態(tài)，熱，頻率），材料的性能，載荷和約束被定義（建立數(shù)學模型），并且模型被分為有限的單元（建立有限元模型）。求解 用來計算所需的結(jié)果（求解有限元模型）。后處理 用來對結(jié)果進行分析（分析結(jié)果）。SolidWorks Simulation 步驟建立數(shù)學模型建立有限元模型求解有限元模型結(jié)果分析建立數(shù)學模型特征消隱：合并或消除在分析中認為不重要的特征：外圓角、圓邊、標志等；理想化清除簡化CAD幾何模型的方法建立有限元模型通過離散化過程，將數(shù)學模型剖分成有限單元，稱為網(wǎng)格劃分。FEA中的基本概念網(wǎng)格 用四邊形或三角形對CAD幾何外形的近

5、似描述單元 網(wǎng)格中所存在的三角形(四面體)或四邊形(六面體)等結(jié)點- 不同單元所聯(lián)接在一起的點，結(jié)點是求解未知量(通常是位移)所需的點Simulation中的單元類型Simulation中三維單元有：一階實體四面體單元和二階實體四面體單元；二維單元有：一階三角形殼單元和二階三角形殼單元；一維單元有：梁單元 實體單元示例Simulation中的單元類型將零件劃分成小的四面體單元，并計算每一個單元上的變形，從而解出整個零件的變形。Simulation中的單元類型一階（草稿質(zhì)量）四面體單元共有四個節(jié)點，每個角上有一個。每個節(jié)點有三個自由度，意味著節(jié)點可完全由三個位移分量來表示。Simulation中

6、的單元類型二階（高質(zhì)量）實體四面體單元有十個節(jié)點（四個角點和六個中間節(jié)點），并且每個節(jié)點又三個自由度。殼單元示例將面劃分成小的三角形單元，并計算每一個單元上的變形，從而解出整個零件的變形。Simulation中的單元類型一階（草稿質(zhì)量）三角形殼單元有三個節(jié)點（分布在角上），并且每個節(jié)點有六個自由度，意味著它的位移可完全由三個平移分量和三個轉(zhuǎn)動分量描述。Simulation中的單元類型Simulation中的單元類型二階（高質(zhì)量）三角形殼單元有六個節(jié)點：三個角節(jié)點和三個中間節(jié)點。意味著位移可由三個平移和三個轉(zhuǎn)動組成。梁單元示例Simulation中的單元類型將框架劃分成小的梁單元，并計算每一個單

7、元上的變形，從而解出整個零件的變形。Simulation中的單元類型兩節(jié)點梁單元的形狀在初始時為平直的，但可以假定形狀在變形發(fā)生后為三次方的一個函數(shù)。梁單元在每個端點處都有六個自由度。草稿品質(zhì)（一階）及高品質(zhì)單元（二階）一階單元：僅在對特定目標進行分析時使用，如證實載荷或約束的方向。二階單元：準備用來作最后計算的算例均應該采用高品質(zhì)單元。建立FEA 模型- 約束描述所給的模型是如何與外界相聯(lián)系固定一個面、線或點允許滑動或轉(zhuǎn)動建立FEA 模型- 載荷作用于模型的外表面的載荷： 作用在面、連線或點上的力扭矩、力矩壓力作用于整個模型的載荷:重力、離心力熱載FEA中的誤差理想化誤差創(chuàng)建數(shù)學模型離散為有

8、限元模型數(shù)值誤差解算過程離散化誤差是FEA特有的，也只有這個誤差能夠在使用FEA方法時被控制。影響數(shù)學模型的建模誤差，是在FEA之前引入的，只能通過正確的建模技術來控制。求解誤差是在計算過程中積累的，難于控制，但它們通常都很小。不要只根據(jù)該軟件的結(jié)果進行設計決策。請結(jié)合試驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗來使用這些信息。最終設計必須接受現(xiàn)場測試的檢驗。軟件可通過減少、而不是完全免除現(xiàn)場測試，來幫助您縮短投入市場的時間。FEA計算有限元網(wǎng)格中每個節(jié)點的自由度構成了未知量。在結(jié)構分析中，節(jié)點的自由度可以被看作節(jié)點的位移。位移是基本的未知量，總是被最先計算。熱分析中，基本的未知量是節(jié)點溫度。而溫度是標量，因此對于每個

9、節(jié)點，只有一個未知量需要求解。當載荷應用到實體時，實體通過產(chǎn)生內(nèi)部力（一般來講每個點都不一樣）而嘗試吸收其影響。這些內(nèi)部力的強度稱為應力。應力單位為每單位面積的力。應力分量以一個受壓條為例。P 點的應力狀態(tài)可根據(jù)任意基準面來描述。雖然合成應力總是相同，但應力分量的數(shù)值取決于所選基準面。FEA 結(jié)果解釋應力應力要通過幅值、方向以及其作用的基準面來描述。某點的應力狀態(tài)可按以下分量予以完整描述： SX：X 方向上的應力垂直于 YZ 基準面SY：Y 方向上的應力垂直于 XZ 基準面SZ：Z 方向上的應力垂直于 XY 基準面TXY：Y 方向上的應力作用于垂直于 X 方向的基準面（YZ 基準面）TYX：X

10、 方向上的應力作用于垂直于 Y 方向的基準面（XZ 基準面）TXZ：Z 方向上的應力作用于垂直于 X 方向的基準面（YZ 基準面）TZX：X 方向上的應力作用于垂直于 Z 方向的基準面（XY 基準面）TYZ：Z 方向上的應力作用于垂直于 Y 方向的基準面（XZ 基準面）TZY：Y 方向上的應力作用于垂直于 Z 方向的基準面（XY 基準面） SX、SY 以及 SZ 稱為正應力。TXY、.、TZY 稱為剪應力。剪應力的關系如以下方程式所示：TXY = TYX、TXZ = TZX 和 TYZ = TZY。因此某點的應力狀態(tài)要通過六個分量來完整定義。FEA 結(jié)果解釋應力某一點的應力狀態(tài)由6個分量定義：

11、3個拉(壓)應力和3個剪應力-這些分量與局部坐標系相關Von Mises 應力= VON Mises應力是與坐標系無關安全系數(shù) = 材料的極限應力/模型中von Mises應力主應力 在某一局部坐標系下，3個剪應力為零時3個拉(壓)應力稱為主應力FEA 結(jié)果解釋Simulation中的失效準則匯總準則材料類型最大 von Mises 應力延性最大抗剪應力延性（保守）Mohr-Coulomb 應力具有不同張力和壓縮強度的脆性材料（例如陶瓷）最大正應力脆性應變是指長度 L 的變化與原始長度 L 之比。應變是一個無量綱的量。應變= L /L。FEA 結(jié)果解釋應變Simulation靜態(tài)分析的使用限制

12、Simulation靜態(tài)分析在下列假設下進行材料是線性的小變形（結(jié)構響應）靜態(tài)載荷線性分析所有的材料用于Solidworks Simulation和Solidworks Simulation Professional的材料，應力和應變成正比。線性分析小變形任何結(jié)構在加載下均會變形。在Simulation中,我們假設變形很小。什么是小變形的確切含義呢？通常的解釋是變形相對于結(jié)構的整體尺寸來說很小。注意變形大小并不是判斷“小變形”或“大變形”的因素，真正的決定因素是看變形是否顯著地改變了結(jié)構的剛度（抵抗變形的能力）。靜態(tài)載荷靜態(tài)載荷假設所有的載荷和約束，都不隨時間改變。此限制條件意味著加載過程必須

13、十分緩慢以至可以忽略慣性效應，快速施加的載荷將會引發(fā)附加的位移、應力與應變。Simulation分析流程材料？Steel 1040工作狀況壓力 還是 力螺栓聯(lián)接 還是 焊接Simulation中的模型 網(wǎng)格與求解設計合理嗎 (查看結(jié)果)安全系數(shù)應力分布第1章 分析流程第1章 學習目標全面了解 Simulation界面用實體網(wǎng)格運行一個線性靜態(tài)分析-靜態(tài)幾何外形材料屬性載荷約束了解網(wǎng)格密度對位移和應力結(jié)果的影響采用不同方法顯示有限元計算結(jié)果管理結(jié)果文件獲取有用的幫助SolidWorks Simulation界面分析樹算例頁面ToolbarCommandManager 頁面分析庫Simulatio

14、n 算例顧問矩形帶孔鋼板項目描述支撐及加載條件一側(cè)固定支撐一側(cè)110000N材料：AISI304模型尺寸：長200mm；寬100mm，高10mm，孔直徑為40mm力學模型預處理總結(jié)要素名稱操作誤差的影響幾何模型創(chuàng)建模型自主創(chuàng)建。不確定性極少材料屬性從材料庫中選擇，不考慮缺陷和表面條件。相對模型，有更多的不確定性定義載荷通過菜單操作，其選擇包含了豐富的背景知識和假設。定義載荷時會產(chǎn)生較大的理想化誤差定義約束通過菜單操作，誤差常來自過約束模型，其結(jié)果是結(jié)構過于剛硬，并低估了實際變形量和應力值。易產(chǎn)生較大的誤差幾何模型材料載荷約束不確定性對比劃分網(wǎng)格標準網(wǎng)格網(wǎng)格大小缺省值是系統(tǒng)基于SolidWork

15、s模型幾何形狀的形狀自動建立的。使用缺省值可以使離散化誤差保持在可接受的范圍內(nèi)，同時計算時間較短。它是按包圍一個單元的球體（實體單元）或圓（殼單元）的直徑來定義的。公差表示了網(wǎng)格特征單元的尺寸范圍，如單元大小為0.225in，公差設定為0.011，則所有單元的尺寸均在0.2140.236in范圍內(nèi)。當網(wǎng)格劃分失敗時，提高公差可能會有幫助。高級草稿品質(zhì)網(wǎng)格：一階單元實體的自動試驗：指定網(wǎng)格器自動使用一個較小的整體單元大小再次對模型進行網(wǎng)格化。整體單元大小和公差為每次嘗試所減小的比率為 0.8。劃分網(wǎng)格基于曲率的網(wǎng)格在高曲率區(qū)域中生成更多網(wǎng)格，在低曲率區(qū)域中生成較少網(wǎng)格。圓中最小單元數(shù)：此選項在單

16、元大小介于最大值最小值之間時有效。Simulation2009新功能，可以合理分配網(wǎng)格資源波節(jié)應力與單元應力波節(jié)值使用線性插值法生成平滑圖解。單元值在單元的中心生成應力（每個單元都有一個值/顏色）。說明單元應力和波節(jié)應力一般是不同的，但二者間過大的差異說明網(wǎng)格劃分不夠精細。結(jié)果的后處理修改圖表選項修改圖解的設定創(chuàng)建截面剪裁創(chuàng)建ISO圖解探測應力結(jié)果定義第一主應力、位移圖解多個結(jié)果的比較網(wǎng)格密度單元大小/mm最大位移值/mm最大von Mises應力/MPa自由度數(shù)單元數(shù)節(jié)點數(shù)粗糙算例11.45（最左端）5.699E-354472792614212699默認算例5.72（默認）5.709E-36

17、100835874697912143精細算例2.86（最右端）5.712E-3608002500445476083843由表中看出，最大位移隨著網(wǎng)格的精細度提高而增加。即模型隨自由度的增加而變得柔軟。單元個數(shù)的增加同時也更接近真實的位移和應力場。有限元中，位移是基本的未知量，應力通過位移計算而來。持續(xù)提高網(wǎng)格的精細程度，應力和位移將趨于有限值（即為數(shù)學模型的解），此過程即為收斂過程。創(chuàng)建多個算例網(wǎng)格細化后，應力差異巨大的原因位移是有限元的主要未知量，比應變和應力更準確。要得到滿意的應力結(jié)果，需要精細得多的網(wǎng)格。應力的極值常出現(xiàn)在曲率變化大的地方，如圓角區(qū)域。要獲得滿意的結(jié)果，這些區(qū)域需要網(wǎng)格細

18、化。主要結(jié)果Principal Stress (mesh1 study)von Mises Stress and displacements (Mesh 2 study)von Mises Stress (Mesh 3 study)理論計算可以得出最大主應力的值：與理論值比較第1章: 問題有限元預處理的步驟；網(wǎng)格密度對分析結(jié)果的影響，怎樣劃分網(wǎng)格比較合理。練習1-1: 支架問題描述： 求圖中鋁質(zhì)（1060鋁合金）支架的最大應力和位移。該支架通過兩個螺栓孔固定在裝配體上，零件的沉頭孔表面承受了500N的法向力。練習 1-2: 壓縮彈簧剛度問題描述： 分析繞圈彈簧的壓縮剛度。彈簧材質(zhì)為合金鋼。其中

19、一端固定，另外一端受到0.1N的壓力。注意： 為了穩(wěn)定分析模型，在進行約束時，需要將載荷施加端圓柱面的徑向位移進行約束。練習 1-2: 壓縮彈簧剛度根據(jù)所得位移結(jié)果，可以計算出彈簧的軸向剛度：練習1-3: 容器把手問題描述： 在貨運卡車的導軌上裝載垃圾容器，需要通過把手與絞盤的吊鉤相連，如圖所示。整個容器由AISI304鋼制作而成，把手對稱焊接到兩側(cè)的基板上。把手的直徑為30mm，鋼板的厚度為5mm。添加一個最適當?shù)膴A具，模擬把手與鋼板之間的連接。裝載條件： 在極端裝載條件下，即當容器拖到卡車導軌上時，把手加載力的大小為3000N，并有15傾角。這個力加載到圓形分割面上。目標：判斷把手設計是否

20、安全。練習1-3: 容器把手結(jié)果顯示：約束條件：小結(jié)通過一個簡單帶孔矩形模型介紹了Simulation的界面介紹了有限元分析的主要步驟使用不同網(wǎng)格進行分析理論值與有限元解的比較第2章 網(wǎng)格控制、應力集中、邊界條件第2章 學習目標了解建模和離散化誤差的區(qū)別網(wǎng)格劃分時使用自動過渡選項使用網(wǎng)格控制FEA中收斂問題在不同SolidWorks配置中分析模型以批處理方式運行多個算例列舉反作用力項目描述上端面固定下端面施加900N的載荷局部網(wǎng)格精細化在高應力的地方應用網(wǎng)格控制“網(wǎng)格控制”可以應用到頂點、面或整個裝配體；比率：定義連續(xù)過渡單元層間單元大小的比率；網(wǎng)格劃分必須在網(wǎng)格控制定義之后。比率=1.2比率

21、=1.1整體單元9mm局部單元0.5mm主要結(jié)果無圓角配置主要結(jié)果Maximum Stress Comparison 繼續(xù)增加單元數(shù)量結(jié)果會收斂嗎？為什么應力結(jié)果的發(fā)散應力奇異性根據(jù)彈性理論，尖角處的應力應該是無窮大的，由于離散化誤差，有限元模型并不會產(chǎn)生無窮大的結(jié)果。位于尖銳凹角處的應力解是沒有意義的（本身是奇異的），它完全依賴于網(wǎng)格的大小。如果我們要確定最大的應力值，就不能忽略圓角的存在。如果想了解圓角附近的應力，不管其多么小，都應將其包含進來。自動過渡對細小特征、孔和圓角自動應用網(wǎng)格控制。在對具有許多細小特征和細節(jié)的大模型網(wǎng)格化之前消除選擇自動過渡，可以避免不必要地生成大量單元。邊界條件

22、可以減小模型尺寸影響應力結(jié)果注意分析目標邊界條件的影響如果壓縮小特征可以導致局部錯誤的應力結(jié)果，為什么分析的時候還要常常去除圓角和小圓面？位移會由于壓縮小特征受到影響嗎？為什么？第2章:問題練習2-1: C形支架No filletFilleted edge項目描述： C形支架安裝在天花板上，下端平面支撐招牌，900N的力施加其上，計算支架的位移和應力。練習 2-2: 骨形扳手項目描述： 扳手的一側(cè)固定，模擬與螺母緊密接觸，另一側(cè)受到操作工水平方向150N的力，以擰緊（松開）螺母。分析其應力和變形。練習2-3: 基座支架0.5 mm項目描述： 基座支架是用來將桌子腿部固定在地面的一個裝置，支架的

23、一側(cè)以一根螺栓連接到地面，豎直面則通過兩根螺栓連接到桌子腿部。當桌子腿部沿著X方向進行0.5mm的強制位移時，分析基座支架的應力?；牟牧蠟殄冦t不銹鋼。練習2-3: 基座支架0.5 mm項目描述： 基座支架是用來將桌子腿部固定在地面的一個裝置，支架的一側(cè)以一根螺栓連接到地面，豎直面則通過兩根螺栓連接到桌子腿部。當桌子腿部沿著X方向進行0.5mm的強制位移時，分析基座支架的應力。小結(jié)利用SolidWorks的不同配置建立算例網(wǎng)格與應力奇異的關系合理簡化模型第3章帶接觸的裝配體分析第3章 學習目標對裝配體的結(jié)構分析應用全局/局部接觸條件項目描述本章將分析一個簡單的工具-虎鉗，它包括四個部分：兩個

24、相同的鉗臂、一個銷釘和一塊被夾住的平板。計算當一個225N的擠壓力作用在鉗臂的末端時，鉗臂上的應力分布。材料：合金鋼（ss）項目描述當一個225N的“擠壓”力作用在鉗臂的末端時，鉗臂上應力分布。225 N225 N固定全局無穿透局部接觸定義接觸/縫隙 層次關系全局和零部件接觸僅應用于初始接觸的區(qū)域大多數(shù)情況下，三種接觸可能會被同時使用全局接觸默認：接合全局接觸條件無穿透接合允許貫通零部件接觸取消勾選全局接觸覆蓋全局接觸局部接觸定義結(jié)構分析無穿透接合允許貫通冷縮配合虛擬壁熱分析絕緣熱阻接合為接觸面添加摩擦為初始間隙設定 條件無穿透的局部接觸條件無穿透在“源”與“目標”之間進行定義；源：可以是點、

25、邊線或面，建議“源”的網(wǎng)格優(yōu)于“目標”網(wǎng)格；目標：為面，應比“源”的幾何體更大更光順。無穿透的局部接觸條件無穿透中的選項節(jié)到節(jié)：源與目標實體必須一開始就接觸且沒有顯著的滑移（僅擠壓）。節(jié)到曲面：源由有限元的節(jié)點表示，目標由曲面表示。需要較多的計算量，接觸的方向及摩擦力會在分析過程中不斷更新。適合邊線到面的接觸。曲面到曲面：源和目標都由有限元的子面來表示。需要更多的計算量。干涉檢查主要結(jié)果(You can plot stresses in exploded configuration)Von Mises stresses - Global contact (225 N force) 問題描述及求

26、解確定鉗臂接觸所需力的大小編輯力的大小使用局部接觸無穿透：以阻止兩鉗臂之間相互穿透重新劃分網(wǎng)格并解算主要結(jié)果Could we study the stresses on contact surfaces?Von Mises stresses With contact (2000 lb force)第3章: 問題可用的全局接觸條件類型有：可用的局部接觸條件類型有：零部件/局部【無穿透】只應用于初始接觸面，而零部件/局部接觸可以允許存在？為了簡化分析，平板零件被壓縮并且在虎鉗上應用【固定】邊界條件，此假設成立的條件是？練習 3-1: 雙環(huán)裝配體項目描述： 本例將分析一個結(jié)構簡單的雙環(huán)裝配體，環(huán)的外

27、側(cè)在拉力3.5MPa作用下使每個環(huán)承受接觸壓力。如圖所示，在U形支架的平板施加3.5MPa的壓力載荷，卡住大圓環(huán)的平板被固定約束。環(huán)外側(cè)的作用力使每個環(huán)承受接觸壓力。兩個環(huán)的材料均為合金鋼ss。練習 3-1: 雙環(huán)裝配體項目描述： 1、約束U型環(huán)的三個圓柱面，使其只能沿載荷方向移動。 2、兩個環(huán)的接觸處定義無穿透接觸類型，選擇節(jié)到曲面的接觸。第4章 對稱和自平衡裝配體第4章 學習目標使用對稱條件回顧局部坐標系中的應力結(jié)果使用eDrawing格式給出結(jié)果使用解算器選項消除剛體模式項目描述本章將分析一個機輪裝置，該裝置中輪緣rim以冷縮配合的方式套到輪轂hub上，計算由于冷縮配合所產(chǎn)生的應力大小。

28、其中輪緣的內(nèi)徑為121mm，輪轂的外徑為121.45mm。求解兩者中的如下應力Von Mises應力Hoop應力（圓周向的）接觸應力對稱條件對稱條件： 幾何形狀對稱 載荷對稱 約束對稱 問題求解模型簡化對稱特征消隱并不關心邊角及鄰近區(qū)域的應力冷縮配合分析定義約束剛體模式手工去除剛體運動的方法冷縮配合接觸條件劃分網(wǎng)格接觸面要劃分足夠的網(wǎng)格求解并顯示結(jié)果SY：Hoop（圓周的）應力圖SX：接觸應力邊界條件主要結(jié)果Hoop stress (using local cylindrical coordinates)Why is there a jump in the hoop stress value

29、across the interface?Would the assembly experience a similar jump in radial stresses?帶軟彈簧的分析軟彈簧選項物理模型本身是載荷守恒的，此項通過“人造剛度”使有限元模型穩(wěn)定。當該選項激活時，模型被帶剛度的彈簧包圍，彈簧的剛度相對于模型的剛度可以忽略不計。有限元模型被穩(wěn)定下來，所有的剛體運動被約束。只要模型是自平衡的或者外部載荷的凈值很小以至于軟彈簧能夠抵消時，上述過程就是有效的。慣性卸除慣性卸除和軟彈簧不同，慣性卸除是通過“人造載荷”來抵消不平衡載荷。在重力、離心力或某些熱力載荷已定義時，該選項不應當用作穩(wěn)定分

30、析的目的。小結(jié)分析中是否允許模型干涉？結(jié)構分析中模型是否可以不完全約束？不允許。僅在“冷縮配合”分析中允許模型干涉！不允許。為避免剛體運動，本例中模型必須在軸向保持穩(wěn)定。練習 4-1: 鏈扣項目描述： 本練習將分析鏈條中一顆鏈扣在載荷作用下的應力分布情況。所有零件的材料均為AISI304鋼。練習 4-1: 鏈扣一、整個鏈扣的分析：1、相接觸面組有兩種類型，無穿透（16）和接合。2、兩端鏈扣平面上分別施加400N的載荷。3、使用軟彈簧和直接求解器。 練習 4-1: 鏈扣一、整個鏈扣的分析：1、相接觸面組有兩種類型，無穿透（16）和接合。2、一端鏈扣平面上施加400N的載荷，另一端加滾柱/滑竿夾具

31、。3、使用軟彈簧和直接求解器。 練習 4-1: 鏈扣一、使用對稱分析：1、相接觸面組有兩種類型，無穿透（5）和接合。2、鏈扣平面上施加100N的載荷，其余對稱約束。 第5章 帶接頭的裝配體分析學習目標使用接頭剛性彈簧銷彈性支撐螺栓 點焊連接軸承在局部坐標系中添加約束，分析結(jié)果項目描述225NAlloy steel彈簧 250n/m 5N預緊整體網(wǎng)格2mm銷釘參數(shù)：張力區(qū)域1.2，強度351.5MPa，安全系數(shù)2接頭彈簧銷釘邊界條件和網(wǎng)格劃分225 N225 NFixed結(jié)果練習 5-1 升降架裝配體項目描述： 一載重1800N的剪刀升降架承受一外部水壓柱筒作用，該水壓柱筒與基座上的滑塊相連。假

32、設載荷均勻地分布于兩個滾筒之上，而同時又均勻地傳遞到剪刀架的各臂上。每臂所受的載荷均為450N。求剪刀架在配置collapsed位置時，架子各部分的位移和應力。所有材料都為普通碳鋼。練習 5-1 升降架裝配體項目分析： 由于對base部件的變形和應力不感興趣，所以可以壓縮這個部件以簡化網(wǎng)格。其對應的接觸條件和摩擦力可以用【虛擬壁】來實現(xiàn)。虛擬壁的軸向剛度為1.6537E+13（N/m）/m2虛擬壁的正切剛度為6.2216E+12（N/m）/m2 練習5-2: 吸振器項目描述： 某一微型吸振器包括一根管子、活塞、夾鉗及一個螺旋狀的彈簧。我們研究該裝置承受3N壓力時，壓環(huán)所產(chǎn)生的應力分布情況。我們

33、將采用彈簧剛度255.7n/m。所有零部件指定為合金鋼。練習5-2: 吸振器第6章 兼容/不兼容網(wǎng)格學習目標理解網(wǎng)格兼容在實體網(wǎng)格劃分中不同的接觸條件的區(qū)別理解高級不兼容網(wǎng)格接合的運算法則兼容與不兼容網(wǎng)格對無穿透接觸網(wǎng)格劃分的影響兼容實體網(wǎng)格 不同實體的接觸面上，強制保證波節(jié)與波節(jié)對齊，以確保所需要的接合不兼容實體網(wǎng)格實體接觸面上的網(wǎng)格是獨立不連續(xù)的，這里通過約束方程來確保網(wǎng)格的接合Incompatible solid mesh: More Accurate BondingSurface based contact. Results at the contact interface are u

34、niform but solution time is longer.Incompatible solid mesh: Simplified BondingNode based contact. Results at the contact interface may be patchy but solution time is lower.Incompatible solid mesh Advanced bondingIncompatible meshes with significant element size difference may results in less accurat

35、e results. Comparable element size across the part boundaries and Advanced Bonding is recommended.No advanced bondingWith advanced bonding兼容網(wǎng)格 無穿透全局控制：兼容網(wǎng)格全局控制：不兼容網(wǎng)格網(wǎng)格兼容設置無穿透接觸定義的高級定義選項節(jié)到節(jié)，節(jié)到曲面，全局控制第7章 網(wǎng)格細化后的裝配體分析學習目標分析包含多種接觸條件的實體網(wǎng)格裝配體在定義局部無穿透接觸條件時使用初始間隙自動生成局部接觸定義定義螺栓接頭分析并評價有限元網(wǎng)格的質(zhì)量使用遠程載荷特征以簡化分析使用和定

36、義設計檢查圖解項目描述圖示萬向節(jié)是用來傳遞扭矩的，從豎直方向傳遞到傾斜方向。該裝配體由背面的四個沉頭螺栓連接到底座上，底座由2個M8的沉頭螺栓連接到另一個結(jié)構件中。通過對手柄施加2.5N的水平力來產(chǎn)生扭矩。（從俯視圖看，力的方向垂直于手柄臂）分析的目標是獲取裝配體零部件上的應力和應變的分布。 而不關系軸、支架和曲柄上的變形和應力。遠程載荷載荷（直接轉(zhuǎn)移）載荷/質(zhì)量（剛性連接）位移（剛性連接）遠程載荷載荷（直接轉(zhuǎn)移）：適用于忽略的零部件被假設為比分析部件更為柔軟。載荷/質(zhì)量（剛性連接）：適用于忽略的零部件非常剛硬，可以假設為剛體。位移（剛性連接）:也適用于忽略的零件非常剛硬，可以假設為剛體，但載

37、荷需要指定為規(guī)定的位移。螺栓接頭螺栓的緊密配合【緊密配合】選項即控制螺栓桿是否直接與孔接觸，還控制螺栓孔壁面是否發(fā)生變形。 1、若螺栓材料剛度明顯小于螺栓連接部件的剛度，則柔軟的螺栓桿對孔壁變形影響不大，此時應清除該選項 2、若材料剛度相當或螺栓材料明顯大于連接零部件的剛度，則應激活該選項。 3、若螺栓直徑小于螺栓孔直徑，該選項一般應取消，此時材料剛度特性不再重要。螺栓預載螺栓預載可以直接通過輸入軸向力來定義，也可以通過扭矩間接定義，當鍵入扭矩為T時，螺栓預載：F=T/(KxD)其中D為螺栓直徑，K為扭矩系數(shù)。K確切的計算公式非常復雜，實際例子中0.2多數(shù)適用。定義帶“縫隙”的“無穿透”接觸條

38、件目的模擬Yoke_Female和RevBracket之間的距離不會比指定間隙更小采用帶“縫隙”的“無穿透”接觸條件始終忽略間隙：所選“源”中的節(jié)點不允許接近與目標的初始間隙，即兩者間的間隙只能大于初始間隙。忽略間隙的條件：對于大于給定值的間隙，允許完全接觸?？p隙（間隙）選項該選項強制接觸縫隙只等于參與實體之間的初始幾何距離。如圖中所示例子。 如果選擇【始終忽略間隙】，沿著指定源邊線的節(jié)點不允許接近目標項，但可以進一步分離； 如果【忽略間隙條件為4mm，則3mm接觸部分和上面描述一樣，7mm接觸部分允許完全相觸。虛擬壁問題求解模型簡化對圖示連接桿件并未建模。使用遠程載荷載荷（直接轉(zhuǎn)移）坐標位置

39、：57.15，24.6，0手工定義接觸關系設全局接觸為“自由” 查找相觸面組逐個定義相觸面并考慮摩擦帶“縫隙”的“無穿透”接觸條件定義旋轉(zhuǎn)剛度使用網(wǎng)格控制螺栓力矩：30，摩擦0.2扭轉(zhuǎn)與軸向剛度定義：Krot=JG/L=18403Kaxia=EA/L=4.313e9網(wǎng)格與結(jié)果草稿網(wǎng)格: 網(wǎng)格參數(shù)與分析結(jié)果草稿品質(zhì)的網(wǎng)格參數(shù)使得結(jié)果并不理想 網(wǎng)格與結(jié)果高質(zhì)量網(wǎng)格: 網(wǎng)格參數(shù)與分析結(jié)果網(wǎng)格參數(shù)得到改善，結(jié)果也同時改善注意：完成分析所需計算時間也大大上升在薄壁特征上需要的實體單元數(shù)量一般來說，如果關注在嚴重彎曲或高曲率幾何體中的應力或應變的結(jié)果，在厚度方向至少需要4個草稿（或23高）品質(zhì)的單元。網(wǎng)格

40、品質(zhì)評估標準高寬比：在應力至關重要的區(qū)域，高寬比例應當?shù)陀?0。任何其他區(qū)域的高寬比例不得大于1000。雅克比：判斷高曲率和扭曲單元。雅克比越接近1越好，但是不能接近于0或負值，否則將導致嚴重的局部網(wǎng)格劃分失敗；雅克比檢查只能用于高品質(zhì)單元。小結(jié)分析了高級的含有多個接觸條件裝配體指定旋轉(zhuǎn)剛度的銷釘接頭使用遠程載荷來遠距離加載載荷安全系數(shù)分布練習7-1: 螺栓接頭項目描述： 一個桿件連接到一基體平板上，該板含有兩個松配合螺栓，螺栓直徑為12mm，孔直徑為12.2mm?；w平板由兩邊支撐，桿末端的吊環(huán)螺栓受到水平和垂直方向的載荷1100N，假定吊環(huán)的剛度非常大，在連接部位提供一個近乎剛性的連接。桿

41、和基體平板的材料均為AISI1020.計算零部件的最大應力和變形。第8章 薄件分析學習目標創(chuàng)建中面殼單元網(wǎng)格使用殼單元進行結(jié)構分析評估網(wǎng)格對應力集中的適應性0.2MPa項目描述一個帶輪承受著傳動帶施加的500N的垂直合力，確定帶輪的形變及應力的變化。0.2MPa殼單元Kirchoff TheoryMindlin Theory細殼網(wǎng)格忽略了厚度方向的剪切變形及應力殼單元偏移中曲面上曲面下曲面指定比率殼單元默認位置在中曲面當使用不同厚度定義殼單元時，初始位置非常重要殼單元對稱條件FEA中自由度定義了節(jié)點平移或轉(zhuǎn)動的能力。實體單元每個節(jié)點有3個自由度，殼體單元每個節(jié)點有6個自由度。對齊殼單元 為什么

42、我們需要單元對齊?應力錯誤是由于von Mises應力在被計算前被平均。穿越未對齊線使殼單元頂部和底部拉平的結(jié)果導致一個零應力。分析結(jié)果 Top殼單元 (使用中面) Von Mises Stress Bottom Bottom (orange) Top (gray)分析結(jié)果 Top殼單元 (使用面) Von Mises Stress Bottom Bottom (orange) Top (gray)分析結(jié)果 56259 DOF實體單元 Von Mises Stress878652 DOF (1 element per thickness) (2 element per thickness)分析

43、結(jié)果殼單元可以大大降低計算所需的時間。使用殼單元的模型要求比使用實體單元多。殼單元 vs. 實體單元練習8-1: 支架項目描述： 一鈑金支架要求承受450N的邊緣載荷，載荷在全局坐標系下作用在X方向。 比較在有焊接和沒有焊接兩種配置下的變形和應力。 Top練習 8-2: 用內(nèi)側(cè)/外側(cè)表面的殼網(wǎng)格Shell Elements (surfaces) Von Mises Stress Bottom Bottom (orange) Top (gray)練習8-3: 邊焊縫接頭Design the size of the edge weld beads.項目描述： 一段管道系統(tǒng)由厚度為5mm的AISI1

44、020鋼板制作而成，并被固定在固體的實體鋼壁上。管道另一端為自由端，在自由端邊線上作用了3.5mm的垂直位移和1的扭轉(zhuǎn)位移。這些載荷被認為是極端的條件，即系統(tǒng)能夠在此位置暴露于空氣中，采用圓角和坡口的焊縫來連接各個零件。在所有三個位置中，確定最優(yōu)的焊珠尺寸。單邊圓角焊縫單邊坡口焊縫雙邊圓角焊縫第9章 混合網(wǎng)格- 殼體和實體學習目標用適當?shù)木W(wǎng)格控制參數(shù)生成高質(zhì)量的網(wǎng)格在混合網(wǎng)格裝配體中設置不同的殼與殼，以及殼與實體接觸網(wǎng)格項目描述本例中將對一個壓力容器進行分析，它包含一些薄壁件如外殼，同時也包含厚壁件如法蘭。壓力容器的材料是低碳合金鋼SA515，容器垂直向下并用4個定向接頭支撐著，容器允許在直徑

45、方向自由膨脹。在溫度為700F時最大工作壓力為165psi，在本例中除了壓力外不考慮其他載荷。頂端蒸汽入口人孔管容器主體1小管口支管容器主體2底端分析實例為什么使用混合網(wǎng)格？很多裝配體設計都含有適用于實體網(wǎng)格的“大”零件，也含有適用于殼網(wǎng)格的薄壁零件實體單元與殼單元 實體單元與殼單元混合網(wǎng)格的兼容性問題 在分析中使用混合網(wǎng)格混合網(wǎng)格支持的分析類型靜態(tài)、頻率、扭曲、熱力、非線性及線性動力How many DOF does a solid element have?How many DOF does a shell element have?所要關注的部位網(wǎng)格類型分析容器主體及上下兩端部：0.5i

46、n的鋼制造而成，用殼網(wǎng)格合適。管口：蒸汽管口外徑24in，厚度1in；人孔管厚度20in，厚度0.1875in；人孔加強件厚度0.25in；適合殼網(wǎng)格。管口法蘭和人孔蓋：實體網(wǎng)格。頂端蒸汽入口人孔管容器主體1小管口支管容器主體2底端結(jié)果圖解Why are the stresses highest at the base near the support and bonded contacts?最大工作壓力：165psi練習9-1項目描述： 一水輪泵葉輪的轉(zhuǎn)子以20000r/min的轉(zhuǎn)速均勻轉(zhuǎn)動。分析確定葉輪的位移和應力值。在這種情況下，離心力對分析結(jié)果并不會有顯著影響，可以被忽略。練習9-1第

47、9章 問題在指定所有接合接觸和成功劃分一個復雜裝配體網(wǎng)格之后，嘗試求解時出現(xiàn)“模型不穩(wěn)定，約束可能不適當”對話框，請?zhí)岢鼋鉀Q方案。在殼和實體零件之間的接合接觸，在不同情況下需要或不需要有局部接合接觸條件。第10章 混合網(wǎng)格-實體、梁和殼單元學習目標使用實體、梁和殼單元創(chuàng)建網(wǎng)格在混合網(wǎng)格類型裝配體中設置不同的殼與殼，以及殼與實體接觸網(wǎng)格顯示梁單元的分析結(jié)果項目描述顆粒分離器顆粒器的支架除受分離器的自重外，還承受正面產(chǎn)生的向下150N的力，來模擬附著在分離器上新增的零部件。分離器的進口處還將加載75N和45N的力，來模擬分離器在安裝過程中可能受到的其他載荷。關于梁單元 6 DOFs關于梁單元剛性：

48、所有六個自由度都約束在接點上，此類型將從梁單元轉(zhuǎn)移所有的力及力矩到接點（反之亦然）。鉸鏈：只有三個自由度約束在接點上，連接不能從梁單元轉(zhuǎn)移力矩到接點（反之亦然）。滑動：橫梁端點能夠自由平移，但不能轉(zhuǎn)移力到接點手動：自定義連接。 接點連接兩個或更多的橫梁構件。 接點只連接一個橫梁構件，并與其他橫梁斷開連接。接點橫梁接合Bond joints or entire beam to target entities Beam profile imprinted on target entities Accurate results at the interface結(jié)果圖解第一方向沿截面最長邊定義第二方向

49、垂直于第一方向橫梁單元的結(jié)果Simply supported with uniform distributed loadingStress: Axial, bending, worst-case, torsional, shearDisplacementAxial force diagramsShear & bending moment diagramsReaction forces & moments橫梁單元的結(jié)果Simply supported with uniform distributed loading項目分析非鈑金殼5mm四個點載荷各100N后梁點4500N向上風載前梁點4500N

50、向下風載練習 10-1: 傳送架項目描述： 本練習分析簡化的傳送架模型，模型及焊接點的材料為普通碳鋼。仔細檢查后發(fā)現(xiàn)該結(jié)構有焊接缺陷，從而無法傳遞力矩。在極端運行工況下分析支架。支架所有的支腳都以地腳螺栓的方式固定在地面上，但只有2個傾斜的支腳能夠真正傳遞力矩。練習 10-2: 柜子項目描述： 柜子材料為鋁合金/5052 H32,承載著4450N的力，并在兩個轉(zhuǎn)角處的兩個橫梁上作用著兩個4450N的載荷。為了簡化模型，分析中沒計入其他載荷（例如擱板載荷），柜子底部沿著基座通過螺栓固定到地面。分析柜子的受力情況，并計算其安全系數(shù)。第11章 設計情形學習目標理解并使用設計情形特征來分析當指定參數(shù)改

51、變時的趨勢找尋某些設計參數(shù)的優(yōu)化值復習不同的約束與接頭項目描述汽車懸加裝配體狀態(tài)汽車靜止汽車在平滑路面上以恒定加速度行駛汽車在顛簸路面上行駛汽車在平滑路面上勻速行駛?cè)缓笈郎闲逼氯苛慵珊辖痄撝圃旆治瞿繕耸钦{(diào)節(jié)下擺臂的厚度尋求一個最優(yōu)值，并保證安全系數(shù)大于等于1.3.5個固定鉸鏈彈簧剛度105e3使用銷釘接頭多載荷情形情形1汽車靜止225N Vertical，0N Lateral情形2汽車在平滑路面上恒定加速度行駛185N Vertical，62N Lateral情形3汽車在顛簸路面上行駛385N Vertical，72N Lateral情形4汽車在平滑路面上均勻行駛爬坡900N Vertic

52、al，115N Lateral多載荷情形幾何修改情形1.5mm8mm結(jié)果（幾何修改）練習11-1: 矩形平臺第12章 熱應力分析學習目標運行溫度載荷下的靜態(tài)分析與溫度相關的材料屬性定義使用傳感器獲取所需位置的結(jié)果在熱應力分析中使用軟彈簧選項保存模型的變形形狀在局部坐標系中檢查結(jié)果項目描述雙層金屬帶，在室溫25C下，由鋁帶和鎳帶粘合在一起的雙層金屬帶，在沒有任何約束的情況下加熱到280C。求鋁和鎳的熱擴張不同而引起的變形，并找出粘合層所需的最小應力強度。主要結(jié)果結(jié)果查看邊界平均結(jié)果開邊界平均結(jié)果關主要結(jié)果von Mises應力結(jié)果(Thermal Stress Analysis)主要結(jié)果傳感器位

53、置結(jié)果第13章 自適應網(wǎng)格學習目標使用并理解P-適應解算方法使用并理解H-適應解算方法比較p-單元與h-單元結(jié)果使用對稱邊界條件使用圖表工具第13章: 討論什么是自適應，為什么需要自適應?有限元算法的結(jié)果跟什么有關系?1. 網(wǎng)格2. 使用的網(wǎng)格質(zhì)量(草稿品質(zhì)或高品質(zhì))3. 其他因素(數(shù)值誤差, 模型誤差等.)我們的目標是什么? 怎么樣達到目標?確保我們的結(jié)果離精確解很相近1. 修改細化網(wǎng)格技術2. 修改網(wǎng)格的“階數(shù)”h-adaptivityp-adaptivity工程描述及幾何體準備5000lb的均布載荷，需要了解最大Von Mise應力的大小和位置由于支架幾何形狀、載荷和支撐的對稱性，可以只取1/2進行分析，在剖開處施加對稱的邊界條件。自適應分