(完整版)SolidWorksSimulation有限元分析培训教程课件

1、SolidWorks Simulation基础培训 SolidWorks Simulation培训目录绪论 有限元简介第8章 薄件分析第1章 分析流程第9章 混合网格壳体和实体第2章 网格控制、应力集中、边界条件第10章 混合网格实体、梁和壳第3章 带接触的装配体分析第11章 设计情形第4章 对称和自平衡装配体第12章 热应力分析第5章 带接头的装配体分析第13章 自适应网格第6章 兼容/不兼容网格第14章 大位移分析第7章 网格细化的装配体分析绪论 有限元简介主要内容SolidWorks Simulation概述有限元分析概述SolidWorks Simulation的使用限制Simulat

2、ion 发展历程辉煌的历史 1982 1985 1995 1997 SRAC 创立 COSMOS/M 第一款用于 PC 的 FEA 软件 第一个SolidWorks 合作伙伴,推出CosmosWorks第一个 SolidWorks 黄金合作伙伴 发布 COSMOS 2008 被 Dassault Systemes 收购 SolidWorks Simulation 20092002 C20072001 C1996 与 SolidWorks 整合 SolidWorks Simulation 产品Solidworks Simulation Premium-白金包Solidworks Simulati

3、on Professional-专业包静态分析模态/屈曲热分析跌落测试疲劳Motion优化非线性时间-历史瞬态响应随机振动压力容器谐波响应复合材料什么是Finite Element Analysis (FEA)有限元思想最早可以追溯到远古时代，在几个世纪前就得到了应用。如用多边形（有个直线单元）逼近圆来求圆的周长。FEA不是唯一的数值分析工具，在工程领域还有其它数值方法，如有限差分法、边界元法和有限体积法（流体）。FEA占据了工程分析的软件市场，而其它方法被归入小规模应用。什么是FEA例：如何用一根很短的尺子来测量从家到邮箱的小路的长度？弯曲的小路用分段小路来代替用短尺分段测量小路FEA 步骤

4、一般来讲，FEA软件通常有以下三个步骤: 预处理 分析的类型（例如，静态，热，频率），材料的性能，载荷和约束被定义（建立数学模型），并且模型被分为有限的单元（建立有限元模型）。求解 用来计算所需的结果（求解有限元模型）。后处理 用来对结果进行分析（分析结果）。SolidWorks Simulation 步骤建立数学模型建立有限元模型求解有限元模型结果分析建立数学模型特征消隐：合并或消除在分析中认为不重要的特征：外圆角、圆边、标志等；理想化清除简化CAD几何模型的方法建立有限元模型通过离散化过程，将数学模型剖分成有限单元，称为网格划分。FEA中的基本概念网格 用四边形或三角形对CAD几何外形的近

5、似描述单元 网格中所存在的三角形(四面体)或四边形(六面体)等结点- 不同单元所联接在一起的点，结点是求解未知量(通常是位移)所需的点Simulation中的单元类型Simulation中三维单元有：一阶实体四面体单元和二阶实体四面体单元；二维单元有：一阶三角形壳单元和二阶三角形壳单元；一维单元有：梁单元 实体单元示例Simulation中的单元类型将零件划分成小的四面体单元，并计算每一个单元上的变形，从而解出整个零件的变形。Simulation中的单元类型一阶（草稿质量）四面体单元共有四个节点，每个角上有一个。每个节点有三个自由度，意味着节点可完全由三个位移分量来表示。Simulation中

6、的单元类型二阶（高质量）实体四面体单元有十个节点（四个角点和六个中间节点），并且每个节点又三个自由度。壳单元示例将面划分成小的三角形单元，并计算每一个单元上的变形，从而解出整个零件的变形。Simulation中的单元类型一阶（草稿质量）三角形壳单元有三个节点（分布在角上），并且每个节点有六个自由度，意味着它的位移可完全由三个平移分量和三个转动分量描述。Simulation中的单元类型Simulation中的单元类型二阶（高质量）三角形壳单元有六个节点：三个角节点和三个中间节点。意味着位移可由三个平移和三个转动组成。梁单元示例Simulation中的单元类型将框架划分成小的梁单元，并计算每一个单

7、元上的变形，从而解出整个零件的变形。Simulation中的单元类型两节点梁单元的形状在初始时为平直的，但可以假定形状在变形发生后为三次方的一个函数。梁单元在每个端点处都有六个自由度。草稿品质（一阶）及高品质单元（二阶）一阶单元：仅在对特定目标进行分析时使用，如证实载荷或约束的方向。二阶单元：准备用来作最后计算的算例均应该采用高品质单元。建立FEA 模型- 约束描述所给的模型是如何与外界相联系固定一个面、线或点允许滑动或转动建立FEA 模型- 载荷作用于模型的外表面的载荷： 作用在面、连线或点上的力扭矩、力矩压力作用于整个模型的载荷:重力、离心力热载FEA中的误差理想化误差创建数学模型离散为有

8、限元模型数值误差解算过程离散化误差是FEA特有的，也只有这个误差能够在使用FEA方法时被控制。影响数学模型的建模误差，是在FEA之前引入的，只能通过正确的建模技术来控制。求解误差是在计算过程中积累的，难于控制，但它们通常都很小。不要只根据该软件的结果进行设计决策。请结合试验数据和实际经验来使用这些信息。最终设计必须接受现场测试的检验。软件可通过减少、而不是完全免除现场测试，来帮助您缩短投入市场的时间。FEA计算有限元网格中每个节点的自由度构成了未知量。在结构分析中，节点的自由度可以被看作节点的位移。位移是基本的未知量，总是被最先计算。热分析中，基本的未知量是节点温度。而温度是标量，因此对于每个

9、节点，只有一个未知量需要求解。当载荷应用到实体时，实体通过产生内部力（一般来讲每个点都不一样）而尝试吸收其影响。这些内部力的强度称为应力。应力单位为每单位面积的力。应力分量以一个受压条为例。P 点的应力状态可根据任意基准面来描述。虽然合成应力总是相同，但应力分量的数值取决于所选基准面。FEA 结果解释应力应力要通过幅值、方向以及其作用的基准面来描述。某点的应力状态可按以下分量予以完整描述： SX：X 方向上的应力垂直于 YZ 基准面SY：Y 方向上的应力垂直于 XZ 基准面SZ：Z 方向上的应力垂直于 XY 基准面TXY：Y 方向上的应力作用于垂直于 X 方向的基准面（YZ 基准面）TYX：X

10、 方向上的应力作用于垂直于 Y 方向的基准面（XZ 基准面）TXZ：Z 方向上的应力作用于垂直于 X 方向的基准面（YZ 基准面）TZX：X 方向上的应力作用于垂直于 Z 方向的基准面（XY 基准面）TYZ：Z 方向上的应力作用于垂直于 Y 方向的基准面（XZ 基准面）TZY：Y 方向上的应力作用于垂直于 Z 方向的基准面（XY 基准面） SX、SY 以及 SZ 称为正应力。TXY、.、TZY 称为剪应力。剪应力的关系如以下方程式所示：TXY = TYX、TXZ = TZX 和 TYZ = TZY。因此某点的应力状态要通过六个分量来完整定义。FEA 结果解释应力某一点的应力状态由6个分量定义：

11、3个拉(压)应力和3个剪应力-这些分量与局部坐标系相关Von Mises 应力= VON Mises应力是与坐标系无关安全系数 = 材料的极限应力/模型中von Mises应力主应力 在某一局部坐标系下，3个剪应力为零时3个拉(压)应力称为主应力FEA 结果解释Simulation中的失效准则汇总准则材料类型最大 von Mises 应力延性最大抗剪应力延性（保守）Mohr-Coulomb 应力具有不同张力和压缩强度的脆性材料（例如陶瓷）最大正应力脆性应变是指长度 L 的变化与原始长度 L 之比。应变是一个无量纲的量。应变= L /L。FEA 结果解释应变Simulation静态分析的使用限制

12、Simulation静态分析在下列假设下进行材料是线性的小变形（结构响应）静态载荷线性分析所有的材料用于Solidworks Simulation和Solidworks Simulation Professional的材料，应力和应变成正比。线性分析小变形任何结构在加载下均会变形。在Simulation中,我们假设变形很小。什么是小变形的确切含义呢？通常的解释是变形相对于结构的整体尺寸来说很小。注意变形大小并不是判断“小变形”或“大变形”的因素，真正的决定因素是看变形是否显著地改变了结构的刚度（抵抗变形的能力）。静态载荷静态载荷假设所有的载荷和约束，都不随时间改变。此限制条件意味着加载过程必须

13、十分缓慢以至可以忽略惯性效应，快速施加的载荷将会引发附加的位移、应力与应变。Simulation分析流程材料？Steel 1040工作状况压力 还是 力螺栓联接 还是 焊接Simulation中的模型 网格与求解设计合理吗 (查看结果)安全系数应力分布第1章 分析流程第1章 学习目标全面了解 Simulation界面用实体网格运行一个线性静态分析-静态几何外形材料属性载荷约束了解网格密度对位移和应力结果的影响采用不同方法显示有限元计算结果管理结果文件获取有用的帮助SolidWorks Simulation界面分析树算例页面ToolbarCommandManager 页面分析库Simulatio

14、n 算例顾问矩形带孔钢板项目描述支撑及加载条件一侧固定支撑一侧110000N材料：AISI304模型尺寸：长200mm；宽100mm，高10mm，孔直径为40mm力学模型预处理总结要素名称操作误差的影响几何模型创建模型自主创建。不确定性极少材料属性从材料库中选择，不考虑缺陷和表面条件。相对模型，有更多的不确定性定义载荷通过菜单操作，其选择包含了丰富的背景知识和假设。定义载荷时会产生较大的理想化误差定义约束通过菜单操作，误差常来自过约束模型，其结果是结构过于刚硬，并低估了实际变形量和应力值。易产生较大的误差几何模型材料载荷约束不确定性对比划分网格标准网格网格大小缺省值是系统基于SolidWork

15、s模型几何形状的形状自动建立的。使用缺省值可以使离散化误差保持在可接受的范围内，同时计算时间较短。它是按包围一个单元的球体（实体单元）或圆（壳单元）的直径来定义的。公差表示了网格特征单元的尺寸范围，如单元大小为0.225in，公差设定为0.011，则所有单元的尺寸均在0.2140.236in范围内。当网格划分失败时，提高公差可能会有帮助。高级草稿品质网格：一阶单元实体的自动试验：指定网格器自动使用一个较小的整体单元大小再次对模型进行网格化。整体单元大小和公差为每次尝试所减小的比率为 0.8。划分网格基于曲率的网格在高曲率区域中生成更多网格，在低曲率区域中生成较少网格。圆中最小单元数：此选项在单

16、元大小介于最大值最小值之间时有效。Simulation2009新功能，可以合理分配网格资源波节应力与单元应力波节值使用线性插值法生成平滑图解。单元值在单元的中心生成应力（每个单元都有一个值/颜色）。说明单元应力和波节应力一般是不同的，但二者间过大的差异说明网格划分不够精细。结果的后处理修改图表选项修改图解的设定创建截面剪裁创建ISO图解探测应力结果定义第一主应力、位移图解多个结果的比较网格密度单元大小/mm最大位移值/mm最大von Mises应力/MPa自由度数单元数节点数粗糙算例11.45（最左端）5.699E-354472792614212699默认算例5.72（默认）5.709E-36

17、100835874697912143精细算例2.86（最右端）5.712E-3608002500445476083843由表中看出，最大位移随着网格的精细度提高而增加。即模型随自由度的增加而变得柔软。单元个数的增加同时也更接近真实的位移和应力场。有限元中，位移是基本的未知量，应力通过位移计算而来。持续提高网格的精细程度，应力和位移将趋于有限值（即为数学模型的解），此过程即为收敛过程。创建多个算例网格细化后，应力差异巨大的原因位移是有限元的主要未知量，比应变和应力更准确。要得到满意的应力结果，需要精细得多的网格。应力的极值常出现在曲率变化大的地方，如圆角区域。要获得满意的结果，这些区域需要网格细

18、化。主要结果Principal Stress (mesh1 study)von Mises Stress and displacements (Mesh 2 study)von Mises Stress (Mesh 3 study)理论计算可以得出最大主应力的值：与理论值比较第1章: 问题有限元预处理的步骤；网格密度对分析结果的影响，怎样划分网格比较合理。练习1-1: 支架问题描述： 求图中铝质（1060铝合金）支架的最大应力和位移。该支架通过两个螺栓孔固定在装配体上，零件的沉头孔表面承受了500N的法向力。练习 1-2: 压缩弹簧刚度问题描述： 分析绕圈弹簧的压缩刚度。弹簧材质为合金钢。其中

19、一端固定，另外一端受到0.1N的压力。注意： 为了稳定分析模型，在进行约束时，需要将载荷施加端圆柱面的径向位移进行约束。练习 1-2: 压缩弹簧刚度根据所得位移结果，可以计算出弹簧的轴向刚度：练习1-3: 容器把手问题描述： 在货运卡车的导轨上装载垃圾容器，需要通过把手与绞盘的吊钩相连，如图所示。整个容器由AISI304钢制作而成，把手对称焊接到两侧的基板上。把手的直径为30mm，钢板的厚度为5mm。添加一个最适当的夹具，模拟把手与钢板之间的连接。装载条件： 在极端装载条件下，即当容器拖到卡车导轨上时，把手加载力的大小为3000N，并有15倾角。这个力加载到圆形分割面上。目标：判断把手设计是否

20、安全。练习1-3: 容器把手结果显示：约束条件：小结通过一个简单带孔矩形模型介绍了Simulation的界面介绍了有限元分析的主要步骤使用不同网格进行分析理论值与有限元解的比较第2章 网格控制、应力集中、边界条件第2章 学习目标了解建模和离散化误差的区别网格划分时使用自动过渡选项使用网格控制FEA中收敛问题在不同SolidWorks配置中分析模型以批处理方式运行多个算例列举反作用力项目描述上端面固定下端面施加900N的载荷局部网格精细化在高应力的地方应用网格控制“网格控制”可以应用到顶点、面或整个装配体；比率：定义连续过渡单元层间单元大小的比率；网格划分必须在网格控制定义之后。比率=1.2比率

21、=1.1整体单元9mm局部单元0.5mm主要结果无圆角配置主要结果Maximum Stress Comparison 继续增加单元数量结果会收敛吗？为什么应力结果的发散应力奇异性根据弹性理论，尖角处的应力应该是无穷大的，由于离散化误差，有限元模型并不会产生无穷大的结果。位于尖锐凹角处的应力解是没有意义的（本身是奇异的），它完全依赖于网格的大小。如果我们要确定最大的应力值，就不能忽略圆角的存在。如果想了解圆角附近的应力，不管其多么小，都应将其包含进来。自动过渡对细小特征、孔和圆角自动应用网格控制。在对具有许多细小特征和细节的大模型网格化之前消除选择自动过渡，可以避免不必要地生成大量单元。边界条件

22、可以减小模型尺寸影响应力结果注意分析目标边界条件的影响如果压缩小特征可以导致局部错误的应力结果，为什么分析的时候还要常常去除圆角和小圆面？位移会由于压缩小特征受到影响吗？为什么？第2章:问题练习2-1: C形支架No filletFilleted edge项目描述： C形支架安装在天花板上，下端平面支撑招牌，900N的力施加其上，计算支架的位移和应力。练习 2-2: 骨形扳手项目描述： 扳手的一侧固定，模拟与螺母紧密接触，另一侧受到操作工水平方向150N的力，以拧紧（松开）螺母。分析其应力和变形。练习2-3: 基座支架0.5 mm项目描述： 基座支架是用来将桌子腿部固定在地面的一个装置，支架的

23、一侧以一根螺栓连接到地面，竖直面则通过两根螺栓连接到桌子腿部。当桌子腿部沿着X方向进行0.5mm的强制位移时，分析基座支架的应力。基座的材料为镀铬不锈钢。练习2-3: 基座支架0.5 mm项目描述： 基座支架是用来将桌子腿部固定在地面的一个装置，支架的一侧以一根螺栓连接到地面，竖直面则通过两根螺栓连接到桌子腿部。当桌子腿部沿着X方向进行0.5mm的强制位移时，分析基座支架的应力。小结利用SolidWorks的不同配置建立算例网格与应力奇异的关系合理简化模型第3章带接触的装配体分析第3章 学习目标对装配体的结构分析应用全局/局部接触条件项目描述本章将分析一个简单的工具-虎钳，它包括四个部分：两个

24、相同的钳臂、一个销钉和一块被夹住的平板。计算当一个225N的挤压力作用在钳臂的末端时，钳臂上的应力分布。材料：合金钢（ss）项目描述当一个225N的“挤压”力作用在钳臂的末端时，钳臂上应力分布。225 N225 N固定全局无穿透局部接触定义接触/缝隙 层次关系全局和零部件接触仅应用于初始接触的区域大多数情况下，三种接触可能会被同时使用全局接触默认：接合全局接触条件无穿透接合允许贯通零部件接触取消勾选全局接触覆盖全局接触局部接触定义结构分析无穿透接合允许贯通冷缩配合虚拟壁热分析绝缘热阻接合为接触面添加摩擦为初始间隙设定 条件无穿透的局部接触条件无穿透在“源”与“目标”之间进行定义；源：可以是点、

25、边线或面，建议“源”的网格优于“目标”网格；目标：为面，应比“源”的几何体更大更光顺。无穿透的局部接触条件无穿透中的选项节到节：源与目标实体必须一开始就接触且没有显著的滑移（仅挤压）。节到曲面：源由有限元的节点表示，目标由曲面表示。需要较多的计算量，接触的方向及摩擦力会在分析过程中不断更新。适合边线到面的接触。曲面到曲面：源和目标都由有限元的子面来表示。需要更多的计算量。干涉检查主要结果(You can plot stresses in exploded configuration)Von Mises stresses - Global contact (225 N force) 问题描述及求

26、解确定钳臂接触所需力的大小编辑力的大小使用局部接触无穿透：以阻止两钳臂之间相互穿透重新划分网格并解算主要结果Could we study the stresses on contact surfaces?Von Mises stresses With contact (2000 lb force)第3章: 问题可用的全局接触条件类型有：可用的局部接触条件类型有：零部件/局部【无穿透】只应用于初始接触面，而零部件/局部接触可以允许存在？为了简化分析，平板零件被压缩并且在虎钳上应用【固定】边界条件，此假设成立的条件是？练习 3-1: 双环装配体项目描述： 本例将分析一个结构简单的双环装配体，环的外

27、侧在拉力3.5MPa作用下使每个环承受接触压力。如图所示，在U形支架的平板施加3.5MPa的压力载荷，卡住大圆环的平板被固定约束。环外侧的作用力使每个环承受接触压力。两个环的材料均为合金钢ss。练习 3-1: 双环装配体项目描述： 1、约束U型环的三个圆柱面，使其只能沿载荷方向移动。 2、两个环的接触处定义无穿透接触类型，选择节到曲面的接触。第4章 对称和自平衡装配体第4章 学习目标使用对称条件回顾局部坐标系中的应力结果使用eDrawing格式给出结果使用解算器选项消除刚体模式项目描述本章将分析一个机轮装置，该装置中轮缘rim以冷缩配合的方式套到轮毂hub上，计算由于冷缩配合所产生的应力大小。

28、其中轮缘的内径为121mm，轮毂的外径为121.45mm。求解两者中的如下应力Von Mises应力Hoop应力（圆周向的）接触应力对称条件对称条件： 几何形状对称 载荷对称 约束对称 问题求解模型简化对称特征消隐并不关心边角及邻近区域的应力冷缩配合分析定义约束刚体模式手工去除刚体运动的方法冷缩配合接触条件划分网格接触面要划分足够的网格求解并显示结果SY：Hoop（圆周的）应力图SX：接触应力边界条件主要结果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?带软弹簧的分析软弹簧选项物理模型本身是载荷守恒的，此项通过“人造刚度”使有限元模型稳定。当该选项激活时，模型被带刚度的弹簧包围，弹簧的刚度相对于模型的刚度可以忽略不计。有限元模型被稳定下来，所有的刚体运动被约束。只要模型是自平衡的或者外部载荷的净值很小以至于软弹簧能够抵消时，上述过程就是有效的。惯性卸除惯性卸除和软弹簧不同，惯性卸除是通过“人造载荷”来抵消不平衡载荷。在重力、离心力或某些热力载荷已定义时，该选项不应当用作稳定分

30、析的目的。小结分析中是否允许模型干涉？结构分析中模型是否可以不完全约束？不允许。仅在“冷缩配合”分析中允许模型干涉！不允许。为避免刚体运动，本例中模型必须在轴向保持稳定。练习 4-1: 链扣项目描述： 本练习将分析链条中一颗链扣在载荷作用下的应力分布情况。所有零件的材料均为AISI304钢。练习 4-1: 链扣一、整个链扣的分析：1、相接触面组有两种类型，无穿透（16）和接合。2、两端链扣平面上分别施加400N的载荷。3、使用软弹簧和直接求解器。 练习 4-1: 链扣一、整个链扣的分析：1、相接触面组有两种类型，无穿透（16）和接合。2、一端链扣平面上施加400N的载荷，另一端加滚柱/滑竿夹具

31、。3、使用软弹簧和直接求解器。 练习 4-1: 链扣一、使用对称分析：1、相接触面组有两种类型，无穿透（5）和接合。2、链扣平面上施加100N的载荷，其余对称约束。 第5章 带接头的装配体分析学习目标使用接头刚性弹簧销弹性支撑螺栓 点焊连接轴承在局部坐标系中添加约束，分析结果项目描述225NAlloy steel弹簧 250n/m 5N预紧整体网格2mm销钉参数：张力区域1.2，强度351.5MPa，安全系数2接头弹簧销钉边界条件和网格划分225 N225 NFixed结果练习 5-1 升降架装配体项目描述： 一载重1800N的剪刀升降架承受一外部水压柱筒作用，该水压柱筒与基座上的滑块相连。假

32、设载荷均匀地分布于两个滚筒之上，而同时又均匀地传递到剪刀架的各臂上。每臂所受的载荷均为450N。求剪刀架在配置collapsed位置时，架子各部分的位移和应力。所有材料都为普通碳钢。练习 5-1 升降架装配体项目分析： 由于对base部件的变形和应力不感兴趣，所以可以压缩这个部件以简化网格。其对应的接触条件和摩擦力可以用【虚拟壁】来实现。虚拟壁的轴向刚度为1.6537E+13（N/m）/m2虚拟壁的正切刚度为6.2216E+12（N/m）/m2 练习5-2: 吸振器项目描述： 某一微型吸振器包括一根管子、活塞、夹钳及一个螺旋状的弹簧。我们研究该装置承受3N压力时，压环所产生的应力分布情况。我们

33、将采用弹簧刚度255.7n/m。所有零部件指定为合金钢。练习5-2: 吸振器第6章 兼容/不兼容网格学习目标理解网格兼容在实体网格划分中不同的接触条件的区别理解高级不兼容网格接合的运算法则兼容与不兼容网格对无穿透接触网格划分的影响兼容实体网格 不同实体的接触面上，强制保证波节与波节对齐，以确保所需要的接合不兼容实体网格实体接触面上的网格是独立不连续的，这里通过约束方程来确保网格的接合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兼容网格 无穿透全局控制：兼容网格全局控制：不兼容网格网格兼容设置无穿透接触定义的高级定义选项节到节，节到曲面，全局控制第7章 网格细化后的装配体分析学习目标分析包含多种接触条件的实体网格装配体在定义局部无穿透接触条件时使用初始间隙自动生成局部接触定义定义螺栓接头分析并评价有限元网格的质量使用远程载荷特征以简化分析使用和定

36、义设计检查图解项目描述图示万向节是用来传递扭矩的，从竖直方向传递到倾斜方向。该装配体由背面的四个沉头螺栓连接到底座上，底座由2个M8的沉头螺栓连接到另一个结构件中。通过对手柄施加2.5N的水平力来产生扭矩。（从俯视图看，力的方向垂直于手柄臂）分析的目标是获取装配体零部件上的应力和应变的分布。 而不关系轴、支架和曲柄上的变形和应力。远程载荷载荷（直接转移）载荷/质量（刚性连接）位移（刚性连接）远程载荷载荷（直接转移）：适用于忽略的零部件被假设为比分析部件更为柔软。载荷/质量（刚性连接）：适用于忽略的零部件非常刚硬，可以假设为刚体。位移（刚性连接）:也适用于忽略的零件非常刚硬，可以假设为刚体，但载

37、荷需要指定为规定的位移。螺栓接头螺栓的紧密配合【紧密配合】选项即控制螺栓杆是否直接与孔接触，还控制螺栓孔壁面是否发生变形。 1、若螺栓材料刚度明显小于螺栓连接部件的刚度，则柔软的螺栓杆对孔壁变形影响不大，此时应清除该选项 2、若材料刚度相当或螺栓材料明显大于连接零部件的刚度，则应激活该选项。 3、若螺栓直径小于螺栓孔直径，该选项一般应取消，此时材料刚度特性不再重要。螺栓预载螺栓预载可以直接通过输入轴向力来定义，也可以通过扭矩间接定义，当键入扭矩为T时，螺栓预载：F=T/(KxD)其中D为螺栓直径，K为扭矩系数。K确切的计算公式非常复杂，实际例子中0.2多数适用。定义带“缝隙”的“无穿透”接触条

38、件目的模拟Yoke_Female和RevBracket之间的距离不会比指定间隙更小采用带“缝隙”的“无穿透”接触条件始终忽略间隙：所选“源”中的节点不允许接近与目标的初始间隙，即两者间的间隙只能大于初始间隙。忽略间隙的条件：对于大于给定值的间隙，允许完全接触。缝隙（间隙）选项该选项强制接触缝隙只等于参与实体之间的初始几何距离。如图中所示例子。 如果选择【始终忽略间隙】，沿着指定源边线的节点不允许接近目标项，但可以进一步分离； 如果【忽略间隙条件为4mm，则3mm接触部分和上面描述一样，7mm接触部分允许完全相触。虚拟壁问题求解模型简化对图示连接杆件并未建模。使用远程载荷载荷（直接转移）坐标位置

39、：57.15，24.6，0手工定义接触关系设全局接触为“自由” 查找相触面组逐个定义相触面并考虑摩擦带“缝隙”的“无穿透”接触条件定义旋转刚度使用网格控制螺栓力矩：30，摩擦0.2扭转与轴向刚度定义：Krot=JG/L=18403Kaxia=EA/L=4.313e9网格与结果草稿网格: 网格参数与分析结果草稿品质的网格参数使得结果并不理想 网格与结果高质量网格: 网格参数与分析结果网格参数得到改善，结果也同时改善注意：完成分析所需计算时间也大大上升在薄壁特征上需要的实体单元数量一般来说，如果关注在严重弯曲或高曲率几何体中的应力或应变的结果，在厚度方向至少需要4个草稿（或23高）品质的单元。网格

40、品质评估标准高宽比：在应力至关重要的区域，高宽比例应当低于50。任何其他区域的高宽比例不得大于1000。雅克比：判断高曲率和扭曲单元。雅克比越接近1越好，但是不能接近于0或负值，否则将导致严重的局部网格划分失败；雅克比检查只能用于高品质单元。小结分析了高级的含有多个接触条件装配体指定旋转刚度的销钉接头使用远程载荷来远距离加载载荷安全系数分布练习7-1: 螺栓接头项目描述： 一个杆件连接到一基体平板上，该板含有两个松配合螺栓，螺栓直径为12mm，孔直径为12.2mm。基体平板由两边支撑，杆末端的吊环螺栓受到水平和垂直方向的载荷1100N，假定吊环的刚度非常大，在连接部位提供一个近乎刚性的连接。杆

41、和基体平板的材料均为AISI1020.计算零部件的最大应力和变形。第8章 薄件分析学习目标创建中面壳单元网格使用壳单元进行结构分析评估网格对应力集中的适应性0.2MPa项目描述一个带轮承受着传动带施加的500N的垂直合力，确定带轮的形变及应力的变化。0.2MPa壳单元Kirchoff TheoryMindlin Theory细壳网格忽略了厚度方向的剪切变形及应力壳单元偏移中曲面上曲面下曲面指定比率壳单元默认位置在中曲面当使用不同厚度定义壳单元时，初始位置非常重要壳单元对称条件FEA中自由度定义了节点平移或转动的能力。实体单元每个节点有3个自由度，壳体单元每个节点有6个自由度。对齐壳单元 为什么

42、我们需要单元对齐?应力错误是由于von Mises应力在被计算前被平均。穿越未对齐线使壳单元顶部和底部拉平的结果导致一个零应力。分析结果 Top壳单元 (使用中面) Von Mises Stress Bottom Bottom (orange) Top (gray)分析结果 Top壳单元 (使用面) Von Mises Stress Bottom Bottom (orange) Top (gray)分析结果 56259 DOF实体单元 Von Mises Stress878652 DOF (1 element per thickness) (2 element per thickness)分析

43、结果壳单元可以大大降低计算所需的时间。使用壳单元的模型要求比使用实体单元多。壳单元 vs. 实体单元练习8-1: 支架项目描述： 一钣金支架要求承受450N的边缘载荷，载荷在全局坐标系下作用在X方向。 比较在有焊接和没有焊接两种配置下的变形和应力。 Top练习 8-2: 用内侧/外侧表面的壳网格Shell Elements (surfaces) Von Mises Stress Bottom Bottom (orange) Top (gray)练习8-3: 边焊缝接头Design the size of the edge weld beads.项目描述： 一段管道系统由厚度为5mm的AISI1

44、020钢板制作而成，并被固定在固体的实体钢壁上。管道另一端为自由端，在自由端边线上作用了3.5mm的垂直位移和1的扭转位移。这些载荷被认为是极端的条件，即系统能够在此位置暴露于空气中，采用圆角和坡口的焊缝来连接各个零件。在所有三个位置中，确定最优的焊珠尺寸。单边圆角焊缝单边坡口焊缝双边圆角焊缝第9章 混合网格- 壳体和实体学习目标用适当的网格控制参数生成高质量的网格在混合网格装配体中设置不同的壳与壳，以及壳与实体接触网格项目描述本例中将对一个压力容器进行分析，它包含一些薄壁件如外壳，同时也包含厚壁件如法兰。压力容器的材料是低碳合金钢SA515，容器垂直向下并用4个定向接头支撑着，容器允许在直径

45、方向自由膨胀。在温度为700F时最大工作压力为165psi，在本例中除了压力外不考虑其他载荷。顶端蒸汽入口人孔管容器主体1小管口支管容器主体2底端分析实例为什么使用混合网格？很多装配体设计都含有适用于实体网格的“大”零件，也含有适用于壳网格的薄壁零件实体单元与壳单元 实体单元与壳单元混合网格的兼容性问题 在分析中使用混合网格混合网格支持的分析类型静态、频率、扭曲、热力、非线性及线性动力How many DOF does a solid element have?How many DOF does a shell element have?所要关注的部位网格类型分析容器主体及上下两端部：0.5i

46、n的钢制造而成，用壳网格合适。管口：蒸汽管口外径24in，厚度1in；人孔管厚度20in，厚度0.1875in；人孔加强件厚度0.25in；适合壳网格。管口法兰和人孔盖：实体网格。顶端蒸汽入口人孔管容器主体1小管口支管容器主体2底端结果图解Why are the stresses highest at the base near the support and bonded contacts?最大工作压力：165psi练习9-1项目描述： 一水轮泵叶轮的转子以20000r/min的转速均匀转动。分析确定叶轮的位移和应力值。在这种情况下，离心力对分析结果并不会有显著影响，可以被忽略。练习9-1第

47、9章 问题在指定所有接合接触和成功划分一个复杂装配体网格之后，尝试求解时出现“模型不稳定，约束可能不适当”对话框，请提出解决方案。在壳和实体零件之间的接合接触，在不同情况下需要或不需要有局部接合接触条件。第10章 混合网格-实体、梁和壳单元学习目标使用实体、梁和壳单元创建网格在混合网格类型装配体中设置不同的壳与壳，以及壳与实体接触网格显示梁单元的分析结果项目描述颗粒分离器颗粒器的支架除受分离器的自重外，还承受正面产生的向下150N的力，来模拟附着在分离器上新增的零部件。分离器的进口处还将加载75N和45N的力，来模拟分离器在安装过程中可能受到的其他载荷。关于梁单元 6 DOFs关于梁单元刚性：

48、所有六个自由度都约束在接点上，此类型将从梁单元转移所有的力及力矩到接点（反之亦然）。铰链：只有三个自由度约束在接点上，连接不能从梁单元转移力矩到接点（反之亦然）。滑动：横梁端点能够自由平移，但不能转移力到接点手动：自定义连接。 接点连接两个或更多的横梁构件。 接点只连接一个横梁构件，并与其他横梁断开连接。接点横梁接合Bond joints or entire beam to target entities Beam profile imprinted on target entities Accurate results at the interface结果图解第一方向沿截面最长边定义第二方向

49、垂直于第一方向横梁单元的结果Simply supported with uniform distributed loadingStress: Axial, bending, worst-case, torsional, shearDisplacementAxial force diagramsShear & bending moment diagramsReaction forces & moments横梁单元的结果Simply supported with uniform distributed loading项目分析非钣金壳5mm四个点载荷各100N后梁点4500N向上风载前梁点4500N

50、向下风载练习 10-1: 传送架项目描述： 本练习分析简化的传送架模型，模型及焊接点的材料为普通碳钢。仔细检查后发现该结构有焊接缺陷，从而无法传递力矩。在极端运行工况下分析支架。支架所有的支脚都以地脚螺栓的方式固定在地面上，但只有2个倾斜的支脚能够真正传递力矩。练习 10-2: 柜子项目描述： 柜子材料为铝合金/5052 H32,承载着4450N的力，并在两个转角处的两个横梁上作用着两个4450N的载荷。为了简化模型，分析中没计入其他载荷（例如搁板载荷），柜子底部沿着基座通过螺栓固定到地面。分析柜子的受力情况，并计算其安全系数。第11章 设计情形学习目标理解并使用设计情形特征来分析当指定参数改

51、变时的趋势找寻某些设计参数的优化值复习不同的约束与接头项目描述汽车悬加装配体状态汽车静止汽车在平滑路面上以恒定加速度行驶汽车在颠簸路面上行驶汽车在平滑路面上匀速行驶然后爬上斜坡全部零件由合金钢制造分析目标是调节下摆臂的厚度寻求一个最优值，并保证安全系数大于等于1.3.5个固定铰链弹簧刚度105e3使用销钉接头多载荷情形情形1汽车静止225N Vertical，0N Lateral情形2汽车在平滑路面上恒定加速度行驶185N Vertical，62N Lateral情形3汽车在颠簸路面上行驶385N Vertical，72N Lateral情形4汽车在平滑路面上均匀行驶爬坡900N Vertic

52、al，115N Lateral多载荷情形几何修改情形1.5mm8mm结果（几何修改）练习11-1: 矩形平台第12章 热应力分析学习目标运行温度载荷下的静态分析与温度相关的材料属性定义使用传感器获取所需位置的结果在热应力分析中使用软弹簧选项保存模型的变形形状在局部坐标系中检查结果项目描述双层金属带，在室温25C下，由铝带和镍带粘合在一起的双层金属带，在没有任何约束的情况下加热到280C。求铝和镍的热扩张不同而引起的变形，并找出粘合层所需的最小应力强度。主要结果结果查看边界平均结果开边界平均结果关主要结果von Mises应力结果(Thermal Stress Analysis)主要结果传感器位

53、置结果第13章 自适应网格学习目标使用并理解P-适应解算方法使用并理解H-适应解算方法比较p-单元与h-单元结果使用对称边界条件使用图表工具第13章: 讨论什么是自适应，为什么需要自适应?有限元算法的结果跟什么有关系?1. 网格2. 使用的网格质量(草稿品质或高品质)3. 其他因素(数值误差, 模型误差等.)我们的目标是什么? 怎么样达到目标?确保我们的结果离精确解很相近1. 修改细化网格技术2. 修改网格的“阶数”h-adaptivityp-adaptivity工程描述及几何体准备5000lb的均布载荷，需要了解最大Von Mise应力的大小和位置由于支架几何形状、载荷和支撑的对称性，可以只取1/2进行分析，在剖开处施加对称的边界条件。自适应分