分析蹦床最大挠度：非线性静应力力控制

本章将练习两种不同的增量控制技术，会介绍它们的区别和使用条件。还会练习更多稳定模型的技术，这在非线性分析中有时是必要的。此外，还会进一步介绍载荷曲线。

1.项目描述

图9-3所示的圆形尼龙蹦床的直径为4740mm，厚度为0.25mm。蹦床的生产商需要考虑雨天收集水后其最大挠度。在蹦床顶面加载了747Pa的均匀压力，以模拟76mm[3in]深的水，如图9-4所示。假定铝架比尼龙材料坚硬很多，因此，可以设置圆形的蹦床外围为不可移动。

图9-3 图形尼龙蹦床

图9-4 力学模型

2.关键步骤

（1）线性静应力分析 运行一次线性静应力分析观察会发生多大的位移。

（2）非线性静应力分析-力控制 使用力控制来回答这个问题：在深度为76mm水的作用下，蹦床会发生多大变形？

（3）非线性静应力分析-位移控制 使用位移控制来回答这个问题：蹦床发生200mm的变形需要多大的载荷？

操作步骤

步骤1 打开零件文件

打开Lesson09\Case Study文件夹中的文件Trampoline。因为几何体和载荷都是对称的，因此我们将对模型作相应的简化。

步骤2 激活配置quarter

在非线性分析中，通常有必要利用对称来节省运算时间，如图9-5所示。

图9-5 1/4模型

步骤3 生成一个算例

从Simulation菜单中，选择【算例】/【新算例】。在【名称】中输入Linear，【类型】选择【静应力分析】。

步骤4 定义壳曲面和厚度

使用壳单元对蹦床划分网格。在Simulation分析树中右键单击trampoline实体并选择【按所选面定义壳体】。选择蹦床顶面。【类型】选择【薄】，在【抽壳厚度】中输入0.25mm。单击【确定】。

步骤5 核实材料属性

确保SOLIDWORKS模型中定义的材料属性（尼龙）己经传递到SOLIDWORKSSimula_- tion模型中。会看到壳体图标上面一个绿色的对号，表明材料己经定义好了。检查尼龙材料采用线弹性建模。

步骤6 约束铝架

对壳体背面边线指定【不可移动（无平移）】的夹具，如图9-6所示。请确保选中的边线位于前面定义的壳体上。

步骤7 显示注释

在SOLIDWORKS主菜单中单击【视图】，在弹出的菜单中选择【所有注解】。

步骤8 定义沿边线1的对称夹具

在Simulation“分析树中右键单击【夹具】并选择【高级夹具】，再选择【对称】，如图9-7所示。选择【边线1】，如图9-8所示。

(www.xing528.com)

图9-6 约束铝架

图9-7 定义对称夹具

图9-8 选择边线

单击【确定】。重命名该边界条件为Symmetry1。

步骤9 定义沿边线2的对称夹具

和之前的步骤一样，对边线2应用【对称】，如图9-9所示。重命名该边界条件为Symmetry2。

步骤10 添加压力载荷

通过对顶面添加一个747Pa的均匀压力来代表蹦床上76mm深的水。在蹦床顶面上添加一个压强为747N/m^2，【垂直于所选面】的压力。同时，请确认所选面位于定义的壳体上。

请注意压力箭头的方向指向是否正确，如图9-10所示。

单击【确定】保存边界条件，重命名这个条件为Pressure 3in water。

步骤11 生成网格并运行算例

使用默认参数生成高品质的网格，使用【基于曲率的网格】。勾选【选项】选项组中的【运行（求解）分析】复选框。若询问是否激活大型位移时，单击【否】。

图9-9 添加对称夹具

图9-10 添加压力载荷

提示

对此问题，单击【否】是为了查看线性分析的结果。线性静应力分析的结果有助于判断是否需要采用大型位移分析。

步骤12 图解显示位移结果

展开结果文件夹并双击默认的位移图解Displacementl。注意默认的【变形形状】比例远小于1，如图9-11所示。

图9-11 图解显示位移结果

为了显示真实的变形形状，需要以【真实比例】来显示变形形状。编辑图解的定义，更改变形比例为【真实比例】。Displacementl的【URES：合位移】在真实比例下的位移结果如图9-12所示。

图9-12 真实比例下的位移结果

也许很难正确地看到整个变形图解，但很清楚的是该结果是不真实的。

薄膜结构 在这个特殊的结构中，长度和厚度的比值非常高，也就是说，物体是非常薄的结构。这种薄结构通过薄膜（或在平面）应力支承平面外载荷。因为变形量大，模型需要作为非线性问题进行分析。这是一个典型的几乎所有薄膜都受到平面外载荷的例子。

作为参考，中等薄结构（长度与厚度比值大于10）一般趋向于通过弯曲应力来支承平面外载荷，但厚粗短的结构是通过剪切应力来支持这些载荷。