修改吊篮模型参数，设置材料

时间：2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：打开随书光盘part源文件Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch02_Diaolan\Diaolan.prt，调出图2-43所示的吊篮模型。在中输入，将前面的修改为，将修改为并在文本框中输入，选择；将选项卡中前面的修改为，将修改为并在文本框中输入，选择，按照相同的方法，修改中的数值为；将选项卡中的前面的修改为，将修改为并在文本框中输入，选择，设置好的参数如图2-55所示单击两次按钮，完成吊篮材料的设置。

修改吊篮模型参数，设置材料

打开随书光盘part源文件Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch02_Diaolan\Diaolan.prt，调出图2-43所示的吊篮模型。

（1）创建有限元模型的解算方案

1）依次单击【开始】和【高级仿真】按钮，在【仿真导航器】窗口的分级树中右击【Diaolan.prt】节点，在弹出的快捷菜单中选择【新建FEM和仿真】命令，弹出【新建FEM和仿真】对话框，名称默认为【Diaolan_fem1.fem】及【Diaolan_sim1.sim】，【求解器】和【分析类型】中的选项保留默认设置，单击【确定】按钮，即可进入创建有限元模型的环境。注意在【仿真导航器】窗口的分级树中出现了相关节点，如图2-45所示。

2）单击【确定】按钮，弹出【解算方案】对话框，所列参数和选项保留默认设置，单击【确定】按钮。

图2-45 仿真导航器新增节点示意图

3）双击【仿真导航器】窗口分级树中的【Diaolan_fem1.fem】节点，进入FEM环境，再双击【Diaolan_fem1_i.prt】理想化模型节点，进入理想化模型环境。

4）单击工具栏中的【提升体】按钮，弹出相应的对话框，选取窗口中的吊篮模型，单击【确定】按钮，完成吊篮模型的提升体操作；单击【理想化几何体】按钮右侧的下拉按钮，选择出现的【拆分体】命令，弹出【拆分体】对话框，如图2-46所示。选取窗口中的吊篮模型，在【工具】下的【工具选项】中选择【新建平面】，单击【指定平面】右侧的下拉按钮，选择【XC】平面作为分割面，单击【确定】按钮，完成吊篮模型的拆分。拆分后的模型一分为二，如图2-47所示。

5）选择主菜单【插入】→【基准/点（D）】→【基准平面】命令，弹出【基准平面】对话框，如图2-48所示。将【类型】设置为【YC-ZC平面】，【偏置和参考】默认为【WCS】，在【距离】文本框中输入【20】，矢量方向为【-X】方向，单击【应用】按钮。再次修改【距离】文本框中的数字为【50】，单击【确定】按钮，在图形窗口的模型上完成基准平面的创建，如图2-49所示。

图2-46 【拆分体】对话框

图2-47 拆分后的模型示意图

图2-48 【基准平面】对话框

图2-49 新建基准平面示意图

6）单击【理想化几何体】按钮右侧的下拉按钮，单击出现的【分割面】按钮，弹出【分割面】对话框，如图2-50所示。在图形窗口中旋转模型，调整为图2-51所示状态。单击图2-44中的【固定面1】及【固定面2】作为【要分割的面】，单击对话框中的【分割对象】选项，选择创建好的两个基准平面作为分割对象，单击【确定】按钮，即完成两个面的分割。分割后的模型如图2-51所示。

（2）设置有限元模型基本参数

1）右击【仿真导航器】窗口分级树中的【Diaolan_fem1_i.prt】节点，从弹出的快捷菜单中选择【显示FEM】命令，单击出现的【Diaolan_fem1.fem】节点，进入FEM环境。关闭弹出的信息窗口。取消勾选图2-52所示【仿真导航器】窗口中【多边形几何体】下【Polygon Body（3）】节点前面的复选框，图形窗口只显示分割之后的二分之一模型，如图2-53所示。

图2-50 【分割面】对话框

图2-51 分割后的模型示意图

图2-52 仿真导航器节点示意图

图2-53 显示二分之一模型

图2-54 【指派材料】对话框

2）单击工具栏中的【材料属性】按钮，弹出【指派材料】对话框，如图2-54所示。在图形窗口选中吊篮模型，在【材料列表】下拉列表框中选择【库材料】，选中【材料】下的【Steel】，单击【复制选定材料】按钮，弹出【各项同性材料】对话框。在【名称-描述】中输入【Q235】，将【质量密度（RHO）】前面的【继承的值（无替代）】修改为【替代的值】，将【场】修改为【表达式】并在文本框中输入【7.83e-6】，【单位】选择【kg/mm^3】；将【力学】选项卡中【杨氏模量（E）】前面的【继承的值（无替代）】修改为【替代的值】，将【场】修改为【表达式】并在文本框中输入【210000】，【单位】选择【N/mm^2（MPa）】，按照相同的方法，修改【泊松比（NU）】中的数值为【0.274】；将【强度】选项卡中的【屈服强度】前面的【继承的值（无替代）】修改为【替代的值】，将【场】修改为【表达式】并在文本框中输入【235】，【单位】选择【N/mm^2（MPa）】，设置好的参数如图2-55所示单击两次【确定】按钮，完成吊篮材料的设置。

3）单击工具栏中的【物理属性】按钮，弹出【物理属性表管理器】对话框，【创建】3个子选项【类型】默认为【PSOLID】，【名称】默认为【PSOLID1】，【标签】默认为【1】，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】对话框。在【材料】下拉列表框中选取【Q235】，其他参数均为默认值，单击【确定】按钮，如图2-56所示，返回到【物理属性表管理器】对话框。

图2-55 【各向同性材料】对话框

图2-56 【PSOLID】对话框

4）单击工具栏中的【网格收集器】按钮，弹出【网格收集器】对话框，【单元拓扑结构】的各个选项保留默认设置，【物理属性】下的类型默认为【PSOLID】，在【Solid Property】下拉列表框中选取上述设置的【PSOLID1】，网格名称默认为【Solid（1）】，单击【确定】按钮。

（3）划分有限元模型网格

1）单击工具栏中的【3D四面体网格】按钮，弹出【3D四面体网格】对话框，如图2-57所示。在图形窗口中单击吊篮模型，单元类型默认为【CTETRA（10）】，单击【单元大小】右侧的【自动单元大小】按钮，【单元大小】文本框内的默认数值为【9.41】，考虑到吊篮模型形状、尺寸比较大，将该数值修改为【6】，取消勾选【目标收集器】下面的【自动创建】复选框，使得【网格收集器】右侧的选项默认为上述操作生成的【Solid（1）】，勾选【网格设置】选项卡中的【自动修复有故障的单元】复选框，其他参数保留默认设置，单击【应用】按钮，完成吊篮模型划分网格的操作。划分网格后的模型如图2-58所示，被分割面部分的网格与其他网格之间有明显的分界线。

图2-57 【3D四面体网格】对话框

图2-58 划分网格后的模型示意图

2）单击工具栏中的【单元质量】按钮，弹出【单元质量】对话框，选择整个吊篮模型，检查单元质量的部件，在【常规几何检查】和【系统检查】中设置检查的参数值，在【输出设置】中的【输出组单元】与【报告】中选择【失败】，将划分失败的网格以显示和报告的形式输出，单击【确定】按钮，弹出【信息】对话框，提示【0个失败单元，0个警告单元】，在图形窗口的模型中也没有出现警示符号，说明该吊篮模型的网格划分质量很好，无需再细化，关闭【信息】对话框。

（4）创建仿真模型

1）在【仿真导航器】窗口分级树中，右击【Diaolan_fem1.fem】节点，找到【显示仿真】命令并选择【Diaolan_sim1.sim】节点，进入仿真模型操作环境。

2）施加边界固定约束。(www.xing528.com)

a）选择工具栏中【约束类型】中的【固定约束】命令，弹出【固定约束】对话框，如图2-59所示。默认名称为【Fixed（1）】，在【模型对象】中选择分割好的两个平面，即图2-44所示的【固定面1】及【固定面2】平面，单击【确定】按钮，添加好固定约束，添加完固定约束后的效果如图2-60所示。

图2-59 【固定约束】对话框

图2-60 添加完固定约束后的效果示意图

b）在图形窗口单击上述用户定义约束符号，使之变为红色，右击并在弹出的快捷菜单中选择【编辑显示】命令，弹出【边界条件显示】对话框，如图2-61所示，将【显示模式】由【展开】切换为【折叠】，单击【确定】按钮，可以观察到该符号变得简洁了。

3）施加边界对称约束。

选择工具栏中【约束类型】中的【对称约束】命令，弹出【对称约束】对话框，如图2-62所示。默认名称为【Symmetric（1）】，在【模型对象中】选择两个拆分体截面（如图2-53所示），单击【确定】按钮，完成对称约束的施加，效果如图2-63所示。

图2-61 【边界条件显示】对话框

图2-62 【对称约束】对话框

4）施加风压压力。

单击工具栏中【载荷类型】按钮右侧的下拉按钮，单击其中的【压力】按钮，弹出图2-64所示的对话框。【类型】默认为【2D单元或3D单元面上的法向压力】，【名称】默认为【Pressure（1）】，在图形窗口中选择【风压承受面】，在【幅值】下面【压力】右侧的下拉列表框中选择【表达式】，在文本框中输入【6e-4】，【单位】切换为【N/mm^2（MPa）】，单击【应用】按钮，完成吊篮风压压力的施加。

图2-63 施加对称约束后的模型示意图

图2-64 【压力】对话框

提示

风压压力取吊篮在承受8级大风标准下所受到的压力值，其大小为600Pa。

5）施加重力载荷。

单击工具栏中的【载荷类型】按钮右侧的下拉按钮，选择【重力】命令，弹出图2-65所示的对话框，【类型】默认为【幅值和方向】，【名称】默认为【Gravity（1）】，【模型对象】和【幅值】保留默认设置，【方向】下的【指定矢量】为，单击【确定】按钮，完成对吊篮重力的施加。边界条件施加完成后，【仿真导航器】窗口的分级树中新增了相关的数据节点，如图2-66所示。

图2-65 【重力】对话框

图2-66 仿真导航器新增的节点

（5）求解

1）在【仿真导航器】窗口的分级树中，右击【Solution 1】节点，从弹出的快捷菜单中选择【求解】命令，弹出【求解】对话框。单击【编辑解算方案属性】按钮，弹出【编辑解算方案】对话框，关闭【预览解算方案设置】子项【迭代求解器】，单击【工况控制】选项卡【Contact Parameters】右侧的【创建模型对象】按钮，弹出【接触参数】对话框。将【接触状态】切换为【从初始开始】，将【初始穿透/缝隙】切换为【设为零】，单击【确定】按钮，返回到【编辑解算方案】对话框，再次单击【确定】按钮，返回到【求解】对话框。

2）单击【求解】对话框中的【确定】按钮，待完成作业分析后，关闭各个信息窗口，双击出现的【结果】节点，进入后处理分析环境。

（6）后处理，分析吊篮模型的变形和应力情况

1）在【后处理导航器】窗口的分级树中，展开【Subcase-Bolt Pre-Load】→【位移-节点的】→【幅值】，可以查看吊篮整体变形情况；展开【应力-单元节点的】，选择【Von Mises】节点，可以查看吊篮模型的Von Mises应力分布情况，如图2-67和图2-68所示。

图2-67 吊篮的整体变形位移云图

图2-68 吊篮的Von Mises应力云图

2）吊篮应力的最大值与最小值可以通过【后处理导航器】窗口分级树中【云图绘图】的【Post View1】来实现，在这个节点命令中，可以通过勾选【单元】复选框显示和查看所关心单元的结果；通过勾选【注释】命令中的【Minimum】和【Maximum】复选框在窗口中显示计算结果的最大值和最小值，如图2-69所示。也可以通过单击窗口中的【新建注释】按钮显示和查看所关心的【N个最大结果值】和【N个最小结果值】，通过【拖动注释】按钮来放置和调整最大值与最小值的位置。