预应力静态分析：优化方法探究

【预应力静态分析】用来模拟一个预刚度或预应力结构，是如何影响模型的变形、应力和应变情况。换句话说，它可以用来决定加上指定的载荷后，零件哪些部位的结构是强的或弱的。

预应力静态分析将使用静态分析的结果来作为分析的起点。因此，要运行一个预应力静态分析，除了要先运行一个静态分析之外，还可以适用以下情况：

如果希望模型能有一个横向作用。

如果应用的载荷能影响模型的刚度。例如，一个使用射出力来当作载荷的模型。

如果指定载荷在静态分析时，接近一个对应的屈曲载荷的大小。那么预应力的作用是微不足道的。此时，应该运行一个预应力静态分析来得到更加具体的信息。

运行预应力静态分析的条件：

一个约束集。

一个以上的载荷集和强制位移。

一个以上静态分析。

属于3D模型。

1.新建预应力静态分析

在“分析和研究”对话框中，选择【文件（F）】→【新建预应力分析】→【静态】命令，系统弹出“预应力静态分析定义”对话框，如图8.60所示。

（1）【名称】文本框用于定义新建预应力静态分析的名称，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预应力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预应力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。当在列表框中选择2个以上约束集，该复选框才可用。

列表框显示当前模型中创建的所有约束集。

（4）【载荷】选项组用于定义新建预应力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。当在列表框中选择2个以上载荷集，该复选框可用。

列表框中显示当前模型中创建的所有载荷集。

（5）【前一分析】选项卡用于定义预应力静态分析所使用的已建立的静态分析、设计研究和载荷集。

勾选【使用来自前一设计研究的统计分析结果】复选框，在【设计研究】下拉列表框中选择前面创建的设计研究，选中的设计研究将的统计分析结果将作为预应力静态分析依据。

在【静态分析】下拉列表框中选择前面创建的静态分析并将其结果作为预应力静态分析的依据。

【载荷集】列表框用于显示模型中所创建的载荷集，在才选择载荷集施加与模型进行预应力静态分析。

【载荷比例因子】文本框用于定义【载荷集】列表框中的载荷在预应力静态分析中所起到的作用。

勾选【将结果与前一静态分析的结果组合】复选框，表示预应力静态分析和所使用的静态分析的结果组合。

图8.60 “预应力静态分析定义”对话框

（6）【输出】选项卡用于定义预应力静态分析所需输出的计算结果和绘图网格。

【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）【收敛性】选项卡，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。

（8）【排除的元素】选项卡，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。

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】列表框中的预应力静态分析，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8.61所示。

图8.61 “结果窗口定义”对话框

（1）【名称】文本框用于定义新建预应力静态分析结果的名称，系统默认为Window+数字，也可以自定义。(www.xing528.com)

（2）【标题】文本框用于定义新建预应力静态分析结果的标题，如应力应变曲线。

（3）【研究选取】选项组用于定义新建预应力静态分析结果所使用的设计研究以及分析。在【设计研究】选项组中，单击【打开】按钮，选择保存在磁盘中的分析目录，在【分析】下拉列表框中选择所需分析。

（4）【量】选项卡用于定义分析结果显示量：Stress（压力）、Displacement（变形）、Strain（应变）、Strain Energy（应变能）、Failure index、P-Level。

（5）【显示位置】选项卡用于定义分析结果所显示的位置，即零件中几何元素的所对于的预应力静态分析结果。

（6）【显示选项】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。

3.实例

下面以前面讲解的例子为例，进一步讲解预应力静态分析的建立和分析过程。

（1）建立预应力静态分析

打开零件A.prt，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。

选择【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“分析和研究”对话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建预应力分析】→【静态】命令，系统弹出“预应力静态分析定义”对话框。

选中【约束】列表框中的“ConstraintSet1”约束集选项，使其高亮显示。

选中【载荷】列表框中的“Loadset1”载荷集选项，使其高亮显示。

单击【前一分析】选项卡中【载荷集】列表框中的“LoadSet1”载荷集选项，使其高亮显示，在【载荷比例因子】文本框中键入1。

其他选项为默认值，单击【确定】按钮，完成预应力静态分析的建立。

选择菜单栏中的【运行（R）】→【开始】命令，或单击工具栏上的【开始】工具按钮，系统弹出“是否要运行交互诊断？”询问对话框，单击【是（Y）】按钮，系统开始进行分析，大约几分钟后，系统弹出“诊断”对话框，如图8.62所示，该对话框显示分析过程中出现的问题以及分析步骤。

图8.62 “诊断”对话框

（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】列表框中的预应力静态分析，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。

在【显示类型】下拉列表框中选择“Graph”选项。

单击【量】选项卡，选择下拉列表框中的“Displacement”选项，单击【图像位置】选项组中【选按钮，系统弹出模型阅览窗口和“选取”对话框，在预览窗口中选择一边，如图8.63所示。

单击【确定】按钮，完成边线的选取，返回“结果窗口定义”对话框。

其他选项为系统默认值，单击【确定并显示】按钮，效果如图8.64所示。

图8.63 选取的边线

图8.64 边线的变形曲线

退出结果窗口，返回“分析和设计研究”对话框，选中【分析和设计研究】列表框中的预应力静态分析，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。

在【显示类型】下拉列表框中选择“Fringe”选项。

单击【量】选项卡，选择下拉列表框中的“Displacement”选项。

单击【显示选项】选项卡勾选【已变形】、【显示载荷】、【显示约束】复选框。

其他选项为系统默认值，单击【确定并显示】按钮，效果如图8.65所示。

图8.65 变形条纹