静态分析创建与定义方法及实例分析

时间：2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：图8.4 “静态分析定义”对话框文本框用于定义新建静态分析的名称，系统默认为Analysis+数字，也可以自定义。文本框用于定义新建静态分析的简要概述以区分其他分析，如分析悬臂梁的应力和应变。勾选复选框，表示使用列表框中2个以上约束集共同作用于模型进行静态分析。图8.14 选项卡图8.15 选项卡3.实例下面以长度为1m，截面为100mm×100mm的方形梁体为例，讲解静态分析创建的过程。

静态分析创建与定义方法及实例分析

1.新建静态分析

【静态分析】用来模拟模型结构的刚度和强度，根据约束和载荷条件计算模型的应力和应变。

运行静态分析的条件：

一个约束集。

一个以上的载荷集。

属于3D模型。

在“分析和设计研究”对话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建静态分析】命令，系统弹出“静态分析定义”对话框，如图8.4所示。

图8.4 “静态分析定义”对话框

（1）【名称】文本框用于定义新建静态分析的名称，系统默认为Analysis+数字，也可以自定义。

（2）【说明】文本框用于定义新建静态分析的简要概述以区分其他分析，如分析悬臂梁的应力和应变。

（3）【约束】选项组用于定义新建静态分析所施加的约束集。

勾选【组合约束集】复选框，表示使用列表框中2个以上约束集共同作用于模型进行静态分析。

列表框显示当前模型中创建的所有约束集。

勾选【非线性】复选框，对话框中展开【非线性选项】选项组，如图8.5所示。根据所创建的约束类型，可以选择计算大变形、包括接触、包括超弹性、包括塑性等选项进行响应分析。

（4）【载荷】选项组用于定义新建静态分析所需载荷集。

勾选【累计载荷集】复选框，表示使用2个以上载荷集累计作用于模型上进行分析。

列表框中显示当前模型中创建的所有载荷集。

勾选【惯性止裂槽】复选框，表示模型在载荷作用下全约束状态进行分析，约束选项组变成不可用状态。

（5）【收敛性】选项卡，如图8.6所示，用于定义分析的计算方法：

在【方法】下拉列表框中选择“多通道自适应”选项，表示多次计算，每次都提高有问题单元的阶数，达到设置的收敛精度或最高阶数时为止。

在【方法】下拉列表框中选择“单通道自适应”选项，表示首先使用低阶多项式完成一次计算，估计出计算结果的精度，然后针对问题的单元提高阶数再计算一次。

在【方法】下拉列表框中选择“快速检查”选项，表示粗略计算，检查模型中可能存在的错误。

图8.5 【非线性选项】选项组

图8.6 【收敛性】选项卡内容

（6）【输出】选项卡，如图8.7所示，用于定义分析所要输出的计算内容以及显示网格。

【计算】选项组用于设置需要分析计算的内容：应力、旋转、反作用、局部应力误差。

【出图】选项组用于设置生成结果时，显示的网格，数值越大生成的结果精度越高，需要计算机资源就越多。

（7）【排除的元素】选项卡，如图8.8所示，用于定义在计算过程中可以排除的忽略的元素。勾选【排除元素】复选框，表示可以进行排除元素，在其他选项进行设置需要排除元素的选项。

图8.7 【输出】选项卡

图8.8 【排除的元素】选项卡

2.获取分析结果

在“分析和设计研究”对话框中，选中【分析和设计研究】列表框中的静态分析，单击工具栏上的【查看设计研究或有限元分析结果】按钮，系统弹出“结果窗口定义”对话框，如图8.9所示。

图8.9 “结果窗口定义”对话框

（1）【名称】文本框用于定义新建分析结果的名称，系统默认为Window+数字，也可以自定义。

（2）【标题】文本框用于定义新建分析结果的标题，如应力变化曲线。

（3）【研究选取】选项组用于定义新建分析结果窗口的设计研究，单击【打开】按钮，选择保存在磁盘中的分析目录。

（4）【显示类型】下拉列表框用于定义生成分析结果的显示类型：

在【显示类型】下拉列表框中选择“Fringe（条纹）”选项，将分析结果以条纹状形式表现，效果如图8.10所示。

在【显示类型】下拉列表框中选择“Vectors（线框）”选项，将分析结果以点、线等形式表现，效果如图8.11所示。

在【显示类型】下拉列表框中选择“Graph（曲线）”选项，将分析结果以曲线表的形式表现，效果如图8.12所示。

在【显示类型】下拉列表框中选择“Model（模型）”选项，将分析结果以曲线表的形式表现，效果如图8.13所示。

图8.10 Fringe（条纹）

图8.11 Vectors（线框）

图8.12 Graph（曲线）

图8.13 Model（模型）

（5）【量】选项卡用于定义分析结果显示量：

在下拉列表框中选择“Stress”选项，表示结果窗口中显示压力的变化条纹、线框、曲线、模型等，在其后的下拉列表框中选择压力的单位。在其【分量】下拉列表框中，选择压力的分量：von Mises（畸变能）、MaxPrincipal、Mid Principal、Min Principal、Maximum Shear Stress等压力的各种分量。

在下拉列表框中选择“Displacement”选项，表示结果窗口中显示变形的条纹、线框、曲线、模型等，在其后的下拉列表框中选择变形的单位。在其【分量】下拉列表框中，选择变形的分量：Magnitude、X、Y、Z等变形量的分量。

在下拉列表框中选择“Strain”选项，表示结果窗口中显示应变的变化条纹、线框、曲线、模型等。在其【分量】下拉列表框中，选择应变的分量：Max Principal、Min Principal、Mid Principal等应变扥分量。

在下拉列表框中选择“Strain Energy”选项，表示结果窗口中显示应变能的变化条纹、线框、曲线、模型等。

在下拉列表框中选择“P-Level”选项，表示结果窗口中显示P网格等级的变化条纹、线框、曲线、模型等。

（6）【显示位置】选项卡，如图8.14所示，该选项卡用于定义结果窗口中显示的零件几何元素所对于的静态分析结果，如Curves、All、Surfaces、Volumes、Components/Layers等对象的应力、应变、变形等属性。

（7）【显示选项】选项卡，如图8.15所示，该选项卡用于定义结果窗口中显示内容的选项。该选项卡可以完成以下设置：

可以设置图例的等级，是否显示轮廓、标注轮廓、等值面，是否显示连续色调等。

是否显示变形，以及显示变形的设置。

是否显示元素边、载荷、约束等模型元素。

是否显示动画以及显示动画的设置。

图8.14 【显示位置】选项卡(www.xing528.com)

图8.15 【显示选项】选项卡

3.实例

下面以长度为1m，截面为100mm×100mm的方形梁体为例，讲解静态分析创建的过程。

（1）创建模型

选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建（N）】命令，系统弹出“新建”对话框，点选【零件】单选按钮，在【名称】文本框中键入A，取消【使用缺省模板】复选框，单击【确定】按钮，系统弹出“新文件选项”对话框。

在“新文件选项”对话框中，选中列表框中的“mmns_part_solid”选项，单击【确定】按钮，进入零件设计平台。

单击“基础特征”工具栏上的【拉伸】工具按钮，在控制面板中显示拉伸设置选项，单击【放置】选项卡中的【定义】按钮，系统弹出“草图”对话框，在3D工作区中，选择Right草绘面，单击【草绘】按钮，进入草图绘制平台。

绘制100×100矩形，单击“草绘器”工具栏上的【完成】按钮，在控制面板中厚度设置框中键入1000，单击其后的【完成】按钮，完成模型的设计，效果如图8.16所示。

图8.16 方形梁体

（2）分配材料

选择菜单栏中的【应用程序（P）】→【Mechanica（M）】命令，系统弹出“Mechanica模型设置”对话框，在【模型类型】下拉列表框中选择“Structure”选项，单击【确定】按钮，进入结构分析平台。

单击“Mechanica对象”工具栏上的【材料分配】工具按钮，或选择菜单栏中的【属性（R）】→【材料分配（A）】命令，系统弹出“材料指定”对话框，单击【属性】选项组中【Material】选项组中【更多】按钮，系统弹出“材料”对话框，双击【库中的材料】列表框中的“STEEL.mtl”材料，使其添加到右侧【模型中的材料】列表框中，单击【确定】按钮，返回“材料指定”对话框，此时对话框如图8.17所示，完成模型材料的分配，效果如图8.18所示。

图8.17 “材料指定”对话框

图8.18 分配的材料

（3）添加压力载荷和重力载荷

单击“Mechanica对象”工具栏上的【压力载荷】工具按钮，或选择菜单栏中的【插入（I）】→【压力载荷（P）】命令，系统弹出“压力载荷”对话框。注意

系统默认创建一个载荷集LoadSet1，所以这里就不需要创建载荷集，使用系统默认。

单击【参照】列表框中空白，在3D模型中选择方形梁体的上表面，如图8.19所示。

图8.19 压力载荷施加面

在【Value】文本框中键入1000，选中其后的下拉列表框中的“MPa”选项，此时对话框的设置如图8.20所示，单击【确定】按钮，完成压力载荷的创建，效果如图8.21所示。

图8.20 “压力载荷”对话框

图8.21 创建的压力载荷

单击“Mechanica对象”工具栏上的【重力载荷】工具按钮，或选择菜单栏中的【插入（I）】→【重力载荷（G）】命令，系统弹出“重力载荷”对话框。

在【加速度】选项组中【Z】文本框中键入1，其他选项为默认值，单击【确定】按钮，完成重力载荷的添加，效果如图8.22所示。

图8.22 添加的重力载荷

（4）添加约束

单击“Mechanica对象”工具栏上的【位移约束】工具按钮，或选择菜单栏中的【插入（I）】→【位移约束（I）】命令，系统弹出“约束”对话框。

单击【参照】列表框中的空白，在3D模型中选中一端面，如图8.23所示，其他选项为默认值，单击【确定】按钮，完成端面位移约束的创建，效果如图8.24所示。

使用同样的方法在另一端面添加位移约束。

图8.23 位移约束面

图8.24 创建的端面位移约束

（5）创建静态分析

选择菜单栏中的【分析（A）】→【Mechanica分析/研究（E）】命令，系统弹出“分析和设计研究”对话框。

在“分析和设计研究”对话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建静态分析】命令，系统弹出“静态分析定义”对话框，勾选【输出】选项卡中【计算】选项组中【应力】、【旋转】、【反作用】复选框，如图8.25所示。

图8.25 “静态分析定义”对话框

其他选项为默认值，单击【确定】按钮，返回“分析和设计研究”对话框，选择菜单栏中的【运行（R）】→【开始】命令，或单击工具栏上的【开始】按钮，系统弹出“提示询问”对话框，单击【是（Y）】按钮，系统就开始计算，大约几分钟以后，系统弹出“诊断”对话框，如图8.26所示，对话框中显示静态分析过程以及分析出现的问题。