Algor入门.ppt

1、ALGOR入门,寇晓东 （北京英吉泰科工程技术有限公司） （2004年8月）,三个例题,例题1. 静力分析,例题2. 瞬态动力分析,加筋板受力分析,跌落冲击分析,例题3. 材料非线性分析,转子零件材料非线性分析,文件的说明,三个相应的子目录下提供了本教程例题需要的CAD模型文件,static目录： 加筋板受力分析模型文件assemb.stp drop目录： 跌落冲击分析文件drop.stp plastic目录： 转子零件模型model.igs 加载中需要的载荷曲线文件load_curve.csv,进入Algor,运行：Algor-FEMPRO,打开几何模型（.stp 模型）,File-Open

2、- 在相应子目录下选择assemb.stp 出现Choose Design Scenario框 选择Static Stress with linear material model OK,例题1 加筋板受力分析, 点击Mesh model划分实体网格 可以通过Mesh size来调整网格大小 Algor在零件的接触界面自动保证节点匹配和网格的协调。 点击Yes可以查看网格划分的结果 缺省情况Algor划分表面网格 体网格在求解过程中生成 可以在Option中设置在前处理中生成内部体网格 右击左栏Units可以修改单位制,例题1 加筋板受力分析, 移动模型：ctrl+鼠标中键，拖动鼠标 旋转模型

3、：鼠标中键，拖动鼠标 缩放模型：滚动鼠标中键 View-Enclose：调整模型适应窗口 View-Orientation：预定义视图方向,例题1 加筋板受力分析,FEMPRO的模型操作方法,例题1 加筋板受力分析,定义材料, 点击左下角FEA Editor进入FEA界面 选择Material（Ctrl键多选） 右击鼠标， Modify Material 选择Aluminum(6061-T6) OK 可以点击Edit Properties观察或修改材料参数,施加约束,例题1 加筋板受力分析, 设置点选模式 选择类型为面 选择图示面（按Ctrl键多选面） 右击鼠标， Add-Surface Bo

4、undary Conditions Fixed OK 同样施加另一侧的约束,施加压力载荷,例题1 加筋板受力分析, 选择上表面 右击鼠标， Add-Surface Load(Structural) 施加均布压力1000 如右图,最终模型,例题1 加筋板受力分析,求解,例题1 加筋板受力分析, File-Save 点击Perform Analysis 求解结束后程序自动进入Results后处理器并显示等效应力结果,后处理, 显示变形形状 Results Options-Show displaced model Results Options-Displaced Model Option可以修改显

5、示比例 显示动画 Animation-Start Animation Animation-Save as AVI 可以保存动画 选择显示结果量 Results菜单,丰富的后处理功能将在将来的学习和使用过程中逐步熟悉,例题1 加筋板受力分析,进入Algor,运行：Algor-FEMPRO,打开几何模型（.stp 模型）,File-Open- 在相应子目录下选择Drop.stp 出现Choose Design Scenario框 选择Mes-Mes with nonlinear material models OK 在Model Mesh Setting中点击Cancel,例题2 跌落冲击分析,M

6、ES（Mechanical event simulation）是Algor的机械运动仿真，用于进行考虑非线性、大变形、接触碰撞的刚、柔体瞬态动力、机构运动学分析, 设置网格密度 选择2号零件，右击鼠标 Mesh Setting-Part。 Mesh Size到最左端，OK 划分网格 左栏右击Model，Generate Mesh,例题2 跌落冲击分析,划分网格,定义单元,本例中我们研究刚性物体撞击柔性板对板的影响，以演示Algor同时考虑刚柔体的运动学仿真功能，因此，块体为刚体，板为柔体 点击左下角FEA Editor进入FEA界面 Part1的单元类型采用缺省即可，程序将其定义为Brick类

7、型，即为柔性单元。 Part2的单元需要修改为3-D Kinematic（三维运动单元，即刚体） 鼠标右击Part2的Element Type 选择3-D Kinematic,例题2 跌落冲击分析,定义材料, 由于两个Part的单元类型不同，所以需要分别指定材料（CTRL键多选同时指定仅对同类型单元有效） 方法同例题1 材料均选择Steel (AISI 4130) OK 对于刚体，仍然需要指定材料，但只有密度有效，将被用于计算惯性。,例题2 跌落冲击分析,定义接触, 在图形窗口空白处右击鼠标 选择General surface-to-surface contact 按照右上图进行设置 零件的面

8、号可以如下查看： 选择面-右击鼠标-Inquire 点击Parameter下的Default，进入参数设置界面，设置Automatic接触类型（程序自动选择合适类型） 点击Advanced，选择User-specified contact stiffness(通常含有刚体的接触应该采用指定接触刚度），接受缺省刚度值。 OK， OK， OK,例题2 跌落冲击分析,修改接触名称, 定义接触后，在左侧树式管理窗口下端会出现该接触选项 通常修改接触名称是一个好的习惯，便于以后的记忆和修改 选中该接触，右击鼠标 选择Rename，给定名称，本例中暂定为contac1：,例题2 跌落冲击分析,施加约束,

9、约束梁的一端（全约束） 方法同例1 见右图,例题2 跌落冲击分析,设置载荷和计算参数, 左栏右击MES，选择Modify Analysis Parameters Duration=0.5, Capture rate=100 如右图输入Load Curve 点击Add Row添加数据点 载荷曲线用于控制载荷随时间的变化情况 在多种载荷的定义中需要指定载荷曲线号（如本例中的重力，见下页） 对于指定载荷曲线的载荷，输入载荷仅代表载荷曲线的一个因子，二者共同决定载荷随时间的变化。,例题2 跌落冲击分析,设置载荷和计算参数, 进入Accel/Gravity设置重力 点击Set for standard

10、gravity，其余参数（方向、载荷曲线缺省值即正确） OK，完成设置 很多高级控制设置可用于复杂问题的求解控制，对于大多数问题缺省即可满足要求，每个选项的详细说明可参阅帮助。,例题2 跌落冲击分析,求解, File-Save 点击Perform Analysis 求解过程中程序自动进入Results后处理器并显示等效应力结果 在求解同时可以设置 Results Options-Show displaced model可以显示跌落过程 因为缺省情况，程序不显示变形量，只显示等值线 求解过程中随时可以点击Stop暂停计算，观察结果，然后点击Resume继续计算,例题2 跌落冲击分析,后处理, 显

11、示动画 Animation-Start Animation Animation-Save as AVI 可以保存动画,例题2 跌落冲击分析,后处理, 显示位移曲线 Results-Displacement-Z 显示Z向位移 如右图选择节点，右击鼠标，选择Graph Values 同样绘制梁端一点Z向位移曲线,例题2 跌落冲击分析,块体位移,梁端位移,刚体对刚体碰撞, Algor不仅可以模拟柔体柔体、刚体柔体接触，而且可以模拟刚体刚体接触 刚体刚体接触在刚体运动学分析中很有用 本例为例 再次进入FEA环境 将Part1的单元也设定为3-D Kinematic（刚体） 重新进行求解 后处理观察结果

12、 注意： 刚体刚体接触在求解过程中和结束后要想显示实际位移，需要设置： 1、Results Options-Show displaced model 2、 Results Options-Displaced model option（如右图设置）,例题2 跌落冲击分析,进入Algor,运行：Algor-FEMPRO,打开几何模型（.igs 模型）, File-Open- 在相应子目录下选择model.igs 出现Choose Design Scenario框 选择选择Static Stress with linear material model， OK 首先我们将进行线性分析，以和材料非线性

13、进行比较 在Model Mesh Setting中点击Cancel,例题3 转子零件分析,本例将对一个转子零件在绕轴高速转动时的应力进行分析 材料参数： 密度：8.7T/m3 弹性模量：138GPa 泊松比：0.34 屈服应力：798MPa 强化模量：1.38GPa 转子零件的转速为130000rpm（转/分钟） 约束条件 转子内壁轴向和环向约束，径向自由,例题3 转子零件分析, 我们先来考察Algor出色的网格功能 选择model，右击鼠标 选择Mesh Setting。 Mesh Size拖动到50 点击Mesh model 在弹出的框中选择no（yes为立即查看网格信息）,例题3 转子零

14、件分析,划分网格, Algor智能网格功能 没有进行特别设置就可以生成以六面体主导的网格 美观、数量少、精度高。 更高级的网格控制可以在Option选项中设置。 缺省的网格设置已经可以满足多数要求。, 上页是为了演示网格功能，该网格较细，应该用于此模型的实际的分析 本例为了顺利演示非线性分析的全过程，我们采用较粗的网格以提高计算效率 本例的计算结果不过多考虑精度，只说明方法 选择model，右击鼠标 选择Mesh Setting。 Mesh Size拖动到150 点击Mesh model,例题3 转子零件分析,重新划分网格, 目前的网格过粗 为了使得计算结果偏差不过大，我们进行适当的细化，同时

15、可以体会Algor方便智能的细化功能。 Algor可以智能确定细化部位（根据几何特征，在本例中为叶片根部以及一些大曲率部位，这些部位为应力集中区域） 选择Mesh-Refine Points-Automatic 拖动滑条到右图所示位置。 点击Generate，Done，将显示细化点 窗口中右击鼠标，选择Generate Mesh 新的网格生成，在应力集中部位网格得到了合理细化。,例题3 转子零件分析,网格细化,定义单元, 点击左下角FEA Editor进入FEA界面，选择单位制为Custom（用户定义），按右图设置。 本例采用缺省设置单元，即无中节点块体单元，以节省计算时间。 在实际分析中为了

16、得到足够的精度应该采用含中节点单元。定义中节点的方法： 鼠标右击Element definition，选择Modify element definition 在弹出框中Midside node选择为Include（注意本例选择Not include以节约计算时间，如果您愿意，可以选择中节点以获取更高的精度）,例题3 转子零件分析,定义材料, 本例采用自定义材料 方法同例题1 选择Customer defined，Edit properties 输入参数： Mass density：8.7e-9 Modulus of elasticity: 138000 Poison: 0.34 Shear M

17、odulus不需要定义，程序自动计算,例题3 转子零件分析,建立局部柱坐标系, 转子零件的约束为内壁径向自由，轴向和环向约束 必须定义局部柱坐标系才能达到目的 在窗口内右击鼠标，选择Select-Surface 选择内壁两个面（Ctrl键多选），右击鼠标，选择Coordinate System-New 如下页定义局部柱坐标系。,例题3 转子零件分析,建立局部柱坐标系, Coordinate system type选择Cylindrical 按照示意图设置相应的点坐标 Point A：0，0，0 Point B：0，0，1 Point C：1，0，0 OK,例题3 转子零件分析,指定内壁坐标系为

18、所定义坐标系, 仍然选择内壁两个面 右击鼠标 选择:Coordinate System- Id1: Unnamed 图形会显示坐标轴方向,例题3 转子零件分析,指定内壁约束, 仍然选择内壁两个面 右击鼠标 选择:Add- Surface Boundary Conditions 选择Constraint DOFs为Ty，Tz 六个选项按顺序依次为局部坐标R, , Z的平动方向和转动方向 实体单元没有转动自由度，所以不必约束（指定也无妨） OK,例题3 转子零件分析,设置载荷和计算参数, 左栏右击Structure，选择Modify Analysis Parameters 选择Centrifuga

19、l（离心力） 如右图输入载荷 选择Include specified centrifugal load Rotation rate:130000 Axis orientation:Z-direction 期间会出现 This seems a very fast revolution rate的提示，只需确定就可以了，这是程序让您确认是否转速确实有如此之高。 OK,例题3 转子零件分析,求 解, File-Save 点击Perform Analysis 此次计算为线性计算，因为选择了线性静力分析类型 在奔腾4，2.0GHz, 512MB的机器上运行不到1分钟可以完成计算,等效应力分布,位移分布,

20、例题3 转子零件分析,结果分析, 从分析结果可以看出 叶片根部为应力集中区域 最大等效应力达到1175MPa 最大应力远远超出材料的屈服极限798MPa 应该考虑材料非线性才能得到符合实际的结果,例题3 转子零件分析,修改分析类型为MES, 进入FEA Editor 如右上图选择分析类型为MES with noninear material models 弹出框中设置Duration=1s, Capture rate=5/s(每秒5个子步），OK，OK。 在材料非线性分析中，时间步长仅被作为增量载荷的计数器，并不是实际的时间，这和瞬态分析是不一样的。,例题3 转子零件分析,本例为材料非线性分析

21、，仍然需要用MES来进行，MES通过选项可以选择静力非线性、动力非线性等模式。,选择非线性材料模式, 鼠标右击Element definition，选择Modify element definition 如右图选择Material Model 为von Mises with Isotropic（冯米赛斯双线性等向强化，一种广泛适用于金属材料的弹塑性模型） OK。,例题3 转子零件分析,定义非线性材料参数,例题3 转子零件分析, 右击Material， 选择Modify Material 选择Customer defined，Edit properties 输入参数： 弹性参数已经继承了线性分析

22、时输入的参数，输入塑性参数： Strain Hardening Modulus: 1380 Yield Strength: 798 OK，OK,指定内壁约束, 分析类型改变后，载荷和约束需要重新定义（模型的局部坐标仍然有效） 选择内壁两个面，右击鼠标 选择:Add- Surface Boundary Conditions 选择Constraint DOFs为Ty，Tz OK,例题3 转子零件分析,设置载荷和计算参数,例题3 转子零件分析, 左栏右击MES，选择Modify Analysis Parameters Duration与Capture rate不变 从外部文件导入load curve

23、 离心载荷与转速的平方成正比 为了做到离心力线性增加以合理追踪结构的非线性效应，转速的增加不应该与时间为线性关系，而应该与时间的开方成正比增加 此载荷曲线已经保存在文件load_curve.csv中，可直接导入 点击Import load curve，见下页,导入载荷曲线,例题3 转子零件分析, 输入Load Curve Number为1（缺省），确定 确定接受提示信息 选择文件load_curve.csv，打开 确定 可以看到导入的Load Curve数据如下图,设定转速,例题3 转子零件分析, 点击Analysis Parameters中的Advanced，选择Centrifugal，进入右图 如图输入数据 期间会出现 This seems a very fast revolution rate的提示