midas NFX使用指南(八)

1、.2.1.3 midas NFX (Designer)的分析功能midas NFX (Designer)所提供的主要分析功能如下：A. 线性静态分析 (Linear Static Analysis)静力分析(Static Analysis)的条件是作用的荷载不随时间变化，也可以假定为荷载缓慢渐进到达最大值后不再随时间变化。在实际工程中当作用荷载的频率小于构造最低频率的1/4时可以视为静力分析。另外，线性(Linear)是指作用在构造的荷载和物体的响应(位移、应力等)的关系为线性，一般来说应满足以下条件： 材料为弹性满足虎克定律(应力和应变呈线性比例关系)。(否那么为材料非线性分析) 发生的位移

2、足够小不影响构造的刚度。(否那么进展几何非线性分析) 荷载作用过程中边界条件不发生变化。(否那么进展与接触分析类似的边界非线性分析)最大位移最大作用力即线性静力分析是指在满足上述条件的构造上作用不随时间变化的荷载进展分析，根据“线性的特征对结果可以进展叠加。(Superposition)。一般来说对线性静力分析结果要分析其(最大)位移和(最大)应力以及相对于许用应力的平安系数。B. 模态分析 (自由振动分析, Normal Modes Analysis, Free Vibration Analysis)在材料中输入为重量(W)时，必须正确的定义重力加速度(g)。( 质量: w/g)1) (:

3、w/g)主要用于分析构造的固有动力特性，在没有外力和阻尼(Damping)的情况下计算构造的特征值(Eigenvalue)。通过自由振动分析可以得到的构造动力特性有固有频率(或固有周期)和各固有频率的振型等，而这些由构造的质量和刚度决定。对安装在有振动构造体上的部品，为了防止发生共振(Resonance)，最好事先用模态分析的方法来检测部品的固有频率(与构造体的频率或作用载荷(Cyclic Load)的频率进展比较)。一般来说像线性静力分析如2.1.2节的例如所示的流程一样，如果模型对称 (几何形状、荷载、边界条件全部对称)时，将对称局部设置对称边界条件后进展分析。但是即便是模型是对称的，振型

4、也可能是不对称的，所以对自由振动等特征值问题不能使用对称条件来分析。1次模式形状6次模式形状8次模式形状一般模态分析例如C. 线性屈曲分析(Linear Buckling Analysis)线性屈曲分析的目的是获得引起构造失稳的临界荷载。失稳是在受压构造的面内应变能转换为弯曲应变能时发生的，此时的荷载为临界荷载。在临界荷载作用下即便是荷载不再增加构造的弯曲变形也将继续增加。临界荷载的大小一般由构造的几何尺寸、刚度以及支承方式决定。线性屈曲分析也是解特征值的问题，计算的特征值(l)是作用荷载(Pa)的系数，实际临界荷载是这两个数的乘积(Pcr=l´Pa)。当特征值(屈曲系数)非常小时，

5、即作用荷载接近临界荷载时可通过非线性分析来确认构造的平安性。一般来说构造在受拉、压载荷时会发生屈服破坏。对于以下情况应做线性屈曲分析确认构造的平安性。 构造受较大的压力荷载作用时时；加固前(屈曲系数: l)孔周边加固后(屈曲系数: 1.4 l)不同的构造加固(方法)对应的屈曲系数和屈曲模态例如 构造的形状长而细时； 构造的厚度非常薄(Thin-walled)时；D. 热传递分析(Heat Transfer Analysis)热传递分析是计算物体温度分布的方法，并依据该温度分布来判断物体内部的热传递方向和大小。热的传递是通过内部的发热源、热在物体内的传导、物体通过外外表与外部的对流和辐射等完成的

6、。引起热传递的条件随时间发生变化时叫瞬态分析，否那么称为稳态分析。另外这些条件随温度发生变化时叫做非线性，不发生变化时叫做线性。另外与需要弹性模量、泊松比等构造分析不同，热传递分析中需要热传导率、比热等参数信息。在没有特别的指出载荷/边界条件的边界上，自动地将其视为绝热条件。内部热源固定温度热通量(Heat Flux)辐射(Radiation)对流(Convection)绝热(Insulation): 没有热交换热传递分析所需要的荷载、边界条件温度和温度梯度是引起构造应力的主要因素之一，一般做完热传递分析后利用获得的温度分布计算热应力。热传递的温度分布结果利用温度分布结果计算的有效应力结果PC

7、B板的热传递/热应力的计算例如热传递分析得到的温度分布利用温度分布结果计算出的热变形一般构造的热传递/热变形的计算例如为了利用温度结果来计算热作用力，需要在材料信息中定义热膨胀系数。<参考> midas NFX (Desinger)中为了便于用户使用，提供了完成热传递分析之后可以直接进展热应力分析的功能。E. 非线性分析(Nonlinear Analysis)线性分析中假定位移和应变很小、应力和应变呈线性比例关系、构造即使发生变形荷载的作用方向也不放生改变，但是非线性分析中可以考虑材料的特性随荷载发生变化(材料非线性)、发生位移或旋转时荷载的作用方向和分布、大小发生变化(几何非线性

8、)、相邻局部发生间隙或接触(接触非线性)等问题。非线性分析中比较难的问题是材料非线性(特别是材料模型的定义)，几何非线性和接触非线性相对来说需要输入的特性较少，在实际分析中也经常会用到。一般情况下在考虑材料非线性时都会要求同时考虑其它非线性(几何、接触)。下面将对材料非线性和几何非线性做简单介绍，对接触非线性会另外进展介绍。1) 材料非线性初期为弹性的材料在到达一定应力值后会变为塑性，或者应力-应变关系不再遵循线性关系。midas NFX (Designer)中提供的非线性材料模型根据应力-应变关系和屈服准那么分为如下类型：超弹性模型在细微的变形率下，也会呈现位移和变形率的非线性关系。显示橡胶

9、、硅胶等非压缩性材料时使用。 非线性弹性(Nonlinear Elastic) 弹塑性(Elasto Plastic)范梅塞斯(von Mises), 特雷斯卡(Tresca),莫尔-库伦(Mohr-Coulomb), 德鲁克-普拉格( Drucker-Prager) 塑性(Plastic)范梅塞斯(von Mises), 特雷斯卡(Tresca),莫尔-库伦(Mohr-Coulomb), 德鲁克-普拉格( Drucker-Prager) 超弹性(Hyper Elastic)非线性弹性(Nonlinear Elastic)弹塑性(Elasto-plastic)非线性材料模型例如(等效应力-全应

10、变关系)变形点塑性区域弹性区域2) 几何非线性随从力在概念上与冲力(Thrust)类似，它没有已特定坐标为基准的方向定义，是以节点或单元的坐标为基准而定义的。几何非线性的最大特点就是发生较大的变形时在材料特性不变的情况下构造的刚度发生变化。构造的变形过大时以初始形状为基准建立的平衡方程式应该修改为以变形后的形状为基准的平衡方程，作用荷载的大小和方向也可能发生变化。例如，压力荷载随着作用面积的变化，荷载大小也会发生变化，旋转角度大时荷载作用方向也会发生变化。特别是几何非线性分析中有个非常重要的概念，即依存于构造的位置/方向的随从力。一般线性载荷(W)随从力 (冲力=W)作用在悬臂梁自由端的一般线

11、性荷载和随从力的差异 (作用方向)非线性分析分析的求解过程为首先将总荷载分为多个荷载步，然后逐渐加载到总荷载大小，在各荷载步中使用迭代法计算各荷载步的结果。荷载步骤的大小是影响非线性分析的结果(收敛)的最重要的因素，步长过大那么不易收敛，步长过小分析时间会很长且分析结果文件会过大。midas NFX(Analyst)中提供自动调整荷载步长(Auto Load Stepping)功能，根据收敛情况可以自动调整步长。由两个荷载步组成的非线性分析荷载位移荷载步骤 1荷载步骤 2在各阶跃载荷中用于迭代法的下位阶跃(Substep)通常阶跃载荷是由用户来制定的。下位阶跃(根据收敛情况) 是由程序自动生成

12、的。F. 接触分析(Contact Analysis)接触分析是指模型发生变形时边界发生非线性变化或边界条件发生变化的分析。在接触分析中两个局部可以发生接触、滑动、粘结或发生摩擦，特别是由各零件组成的机械模型中即使各零件的单元网格不一致，也可以使各零件像焊接在一起那样整体运动。接触分析中需要的信息有接触类型(Contact Type)和一对接触面(Contact Pair)。midas NFX (Designer)中的分析选项中提供自动搜索接触面(Auto Contact Search)的功能。使用该选项时在前处理中不必定义互相接触的面，由求解器自动搜索面做接触分析。一般来说接触分析属于非线性

13、分析,midas NFX (Designer)中还提供线性接触分析，对焊接接触(Weld)这样的简单接触条件，可以通过线性分析做静力分析和自由振动分析。变形形状和有效应力的分布由3个零件组成的机械模型铰接约束受拉荷载整体接触由几个零件组成的机械的接触分析例题(线性静力分析)<参考> midas NFX (Designer)的热传递分析中也支持接触条件，与静力分析类似即使是单元网格不一致的区域之间或相互间有间隙的区域之间通过传递处理可以使两个区域的接触面保持一样的温度。G. 预应力分析(Prestressed Analysis)给构造施加预应力(初始应力)时，构造的刚度会发生变化并影响响应。例如在悬臂梁上施加预应力会增加构造的抗弯刚度，