1.几何模型基础
虽然没有对零件的数量进行限制性规定，但必须注意大的装配将需要更多的求解资源。在零件与零件的接触部位，将会出现自动定义的接触边界，这可以使得载荷在不同的零件间传递。
零件是由一系列的实体构成的。零件中还可以包括由多个实体构成，被称为“多体零件”的零件。对于多体零件而言，在实体的连接部位将共享节点。
零件可能包括：
1）一个或多个三维实体。
2）一个或多个面实体。
3）一个或多个线实体。
4）面实体与线实体的组合。
其余的组合方式，目前尚不支持。关于零件和装配等，下面将详细介绍。
（1）多体零件 当从DM中向Mechanical中引入多体零件后，显示的多体零件下将包含实体组（零件）和原型（实体）。当零件仅包含一个实体时，实体组将会自动隐藏。
（2）零件 下面是一些可以在零件上进行的操作。
1）每个零件都可以分配不同的材料。
2）零件可以显示或隐藏。
3）零件可以被抑制来减少处理对象。
4）零件间的接触检测允差和接触类型可以被控制。
5）可以通过自定义的局部坐标系来设置零件参数。
（3）关联 关联是作用在从DM引入的几何模型上的，其可以在几何模型需要更新的时候，保接接触区域设置、边界条件设置、网格连接设置等相对不变。例如，关联在下列场合中非常重要：模型包括6个不同的零件，每个零件包含1个实体；模型上施加了载荷，在DM中重新将6个实体分组构成了2个多体零件；在几何模型更新后，边界条件的作用对象依然保持不变。
（4）实体 下面是一些对实体进行的操作。
1）实体可以构成零件，这时它们几何上相连，因此可以共享节点。
2）每个实体都可以被指派不同的材料。
3）可以对实体进行显示或隐藏。
4）可以对实体进行抑制。
5）位于不同零件内容实体可以被声明为刚体。
6）可以为实体指派局部坐标系。
（5）假设和限制
1）热分析和形状分析不支持面实体和线实体。
2）进行节点共享的多个体必须有相互接触的面或边缘。
3）在一个多体零件中，不同体间将会进行自动接触检测。
2.三维实体
在Mechanical中可以求解三维实体模型，包括单独的零部件和装配，且在有充足的时间和资源的情况下，可以求解任何复杂度的实体模型分析。
3.面实体
通过很多操作可以引入面实体。例如，通过抽取三维模型的中间面可以得到面实体。该面实体可获得三维实体的厚度作为输入条件。
面实体可以构成零件。零件中可以保存多个面实体，除此之外还可以同时包含线实体。零件中包含的面实体可以通过定位焊或接触进行连接。
下面是关于面实体的一些基本讨论。
（1）面实体装配Mechanical提供了很多方法来完成面实体装配可连接性的检测：
1）确认面实体之间是不是在拓扑学上相连。
2）确认面实体的网格的连接性。
3）修复面实体之间缺失的连接。
（2）厚度模式 通过厚度模式和厚度值可以控制面实体的厚度，这两个项在面实体的细节窗口中显示。
（3）壳偏移 面实体具有法向，相应的具有顶面和底面。如图5-23所示，在网格显示的条件下，出现了顶面（top）和底面（bottom），其位置由法向（normal）决定。
图5-23 面实体的法向、顶面与底面
在细节窗口的Offset Type中可以定义4种类型的壳体偏移：
■Top—壳顶面与面实体对齐，如图5-24a所示。
■Middle（Membrane）—壳中间面与面实体对齐（默认项），如图5-24b所示。
■Bottom—壳底面与面实体对齐，如图5-24c所示。
■User Defined—用户定义由壳体中间面出发的、沿着法向的某矢量距离所在的面与面实体对齐，如图5-24d所示。
（4）截面 通过选择相应的面实体对象，在工具栏中单击“Layered Section”或右击，在弹出的快捷菜单选择“Insert”→“Layered Section”命令，均可以插入一个截面Layered Section对象。
在Layered Section对象的细节窗口中的Layers行中选择“Worksheet”打开工作表，然后在工作表中添加截面信息。需要的操作包括：
1）右击表格任何区域，在弹出的快捷菜单中选择“Add Layer”，向工作表中添加行。
2）单击Material列中相应的表格，并在下拉菜单中选择材料。
3）单击Thickness列中相应的表格，并在其中填写层的厚度。
4）单击Angle列中相应的表格，并在其中填写材料的方向。
5）如需更多层，右击表格任何区域，在弹出的快捷菜单中选择“Add Layer”。
4.线实体
使用线实体时必须注意，所有的线实体只有在与截面关联的情况下才能进行有限元分析。这样的关联一般在DM中进行。
图5-244 种不同的偏移方式
a）Top b）Middle c）Bottom d）User Defined
5.模型装配
通过Mechanical Model系统、分析系统和External Model系统，可以创建多个已划分网格模型的装配体。例如：
1）装配Mechanical Model系统模型，如图5-25所示。
图5-25 装配Mechanical Model系统模型
2）装配Mechanical Model和分析系统模型，如图5-26所示。
图5-26 装配Mechanical Model和分析系统模型
3）装配Mechanical Model和External Model系统模型，如图5-27所示。
图5-27 装配Mechanical Model和External Model系统模型
6.模型装配转换
对于引入的模型，通常需要进行单位设置和位置转换等，转换的界面如图5-28所示。
图5-28 模型装配转换设置
7.刚体
在Mechanical中可以定义实体、实体群、面实体为刚体或柔体。刚体在求解的时候将不会发生变形。设置刚体的步骤如下。
1）在树结构图中选择相应的实体。
2）在细节图的“Stiffness Behavior”选项中选择“Rigid”。
8.二维分析
使用合适的二维分析可以节省大量的求解时间。在Workbench中配置二维分析的过程包括：
1）在DM或其他CAD中，在XY平面上创建面实体。
2）在项目工程图相应的“Geometry”项的属性列表中设置Analysis Type为2D。在树结构图的“Geometry”项的细节窗口可以设置模型的2D Behavior为：
■Plane Stress平面应力——模型在Z向没有应力，但有应变。
■Axisymmetric轴对称——模型代表的对象为该模型绕Y轴旋转360°后的模型，在施加载荷的时候，需要按360°模型来考虑。(www.xing528.com)
■Plane Strain平面应变——模型在Z向没有应变，但有应力。
■Generalized Plane Strain——与平面应变的情况类似，但假设模型在Z向上的长度是有限的，并且不一定平行于Z向，其通常比Plane Strain更切合实际。
■By Body按体选择——可以对不同的体赋予不同的二维行为。
9.对称
使用对称功能可以使求解的工作量少，因此在实际操作中有巨大的应用价值。如图5-29所示，可以用右侧的1/4模型代替左侧的整体模型进行分析，该1/4模型可由对称操作从整体模型得到。
图5-29 整体模型和1/4模型
在Mechanical的树结构图中，“Symmetry”项支持下列3个对象：
1）Symmetry Region——支持结构分析。
2）Periodic Region——支持电磁分析。
3）Cyclic Region——支持结构分析和热分析。
在Symmetry Region中支持：
1）结构对称和反对称，其对于约束和载荷的影响如图5-30和图5-31所示。
图5-30 对平面内的节点施加对称与反对称边界约束条件
图5-31 对称或反对称载荷条件
2）结构线性周期对称，其对于约束和载荷的影响如图5-32所示。
3）电磁对称和反对称。
图5-32 结构线性周期对称
4）显式动力学对称。
周期对称对象仅在电磁分析中使用，包括周期对称模型和反周期对称模型两类。图5-33所示为周期对称的典型应用，如果取1/2模型进行分析，应设置周期对称条件；如果取1/4模型进行分析，应设置反周期对称条件。
图5-33 周期对称示例
a）模型载荷 b）求解结果 c）1/2周期对称模型 d）1/4反周期对称模型
待分析的结构如果呈现出循环对称特点，例如，涡轮机叶轮或直齿轮等，则可以仅通过反映结构特征的部分模型来分析整体结构。
循环对称中，反映结构特征并用于建模的部分称作基本扇区。基本扇区在全局圆柱坐标系（CSYS=1）中旋转重复n次即能生成整个模型。如图5-34所示定义了循环对称结构的一个基本扇区。
图5-34 基本扇区
10.集合
在Mechanical中经常出现的Named Selections，代表的是一系列选取操作得到的实体、面、线、点、单元或节点的集合。创建集合的方法包括：
1）在树结构图Model对象上右击，在弹出的快捷菜单中选择“Insert”→“Named Selection”命令；也可以在Named Selections或其中的项上右击进行操作；或直接在工具栏中单击“Named Selection”。
2）在树结构图中相应的对象上右击，在弹出的快捷菜单中选择“Create Named Selection”命令，如图5-35所示。
3）在图形窗口中选择对象后右击，在弹出的快捷菜单中选择“Create Named Selection”命令，如图5-36所示。
图5-35 树结构图中创建Named Selection
图5-36 图形窗口中创建Named Selection
除了创建集合外还可以从各种特殊的场合提取Named Selection，如图5-37所示。
图5-37 提取Named Selection
使用集合可以很快捷地进行对象选取操作，还可以为特殊对象建立特定的标识，这在实际操作中有极大的价值。
11.定义路径
路径是由用户定义的空间曲线，可以映射该曲线上的求解结果。路径由一系列的点构成，结果就是在这些点上求取的。可以通过两种方式定义路径：
1）通过起点和终点。根据选取的坐标不一样，得到的路径形状也不同，在直角坐标系中为直线，在圆柱坐标系中为螺旋线。
2）通过边缘定义。
图5-38所示为定义的路径并映射了结果的图形显示。注意到在图形下方的图表中有路径数据结果。
图5-38 定义路径及路径结果
12.定义剖面
剖面的作用与路径类似，不同的是前者的表现形式为面。定义剖面的操作如下。
1）选中Model，然后单击“Construction Geometry”。
2）选中“Construction Geometry”，然后单击“Surface”。
3）通过坐标系定义参考的剖切面。
13.远端点
远端点可以用来定义不直接作用在模型上的边界条件。通过选中“Model”然后单击“Remote Point”，在细节窗口中进行设置便可定义远端点。
可以通过设置Remote Point对象的细节窗口中的“Graphics”项为Show Connection Lines来查看远端点的连接线，如图5-39所示。
14.点质量
点质量可以用来将体的惯性效应理想化。可以通过以下方式定义点质量。
1）选择Geometry对象或其下的子对象。
2）单击Point Mass或右击，在弹出的快捷菜单中选择“Insert”→“Point Mass”命令（或者图形窗口中选择几何对象）来添加Point Mass对象。
图5-39 远端点连接
3）在细节窗口设置Scoping Method为相应的选取方式。
4）在细节窗口设置Mass和其他选项。
15.热源点
在瞬态热分析中可以设置热源点来模拟理想热源。其定义方式类似点质量。
16.裂纹
裂纹由裂纹前缘（顶端）、裂纹面、裂纹法向和裂纹方向构成。在Mechanical里，裂纹由裂纹（Crack）对象或预划分裂纹对象（Pre-Meshed Crack）进行定义。这两个对象可以插入到“Fracture”项下。
如图5-40所示定义了一个裂纹，其细节如图5-40a所示，其结构如图5-40b所示；其各个参数如图5-41所示。
图5-40 裂纹定义
a）细节 b）结构
17.垫片
垫片结构是分析中常见的一种特殊结构，由于其响应的特殊性在分析中需要单独处理。
在Workbench中进行垫片仿真，通常需要进行以下步骤。
1）定义垫片材料。
2）设置对象的Stiffness Behavior为Gasket。
3）设置Gasket Mesh Control对象，并划分网格。
4）求解并查看垫片结果。
图5-41 裂纹影响区域参数
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