有限元实例教程

有限元分析结构静力学分析操作步骤打开文件夹，调出如图所示的主模型。（1）创建有限元模型1）单击【开始】→【高级仿真】，在【仿真导航器】中右键单击【link.prt】节点，在弹出的快捷菜单中单击【新建FEM】命令，弹出【新建部件文件】对话框，在【新文件名】栏下的【名称】文本框中将【fem1.fem】修改为【fem-link.fem】，选择本实例高级仿真相关数据存放的【文件夹】，单击【确定】按钮。2）弹出【新建FEM】对话框，默认【求解器】和【分析类型】中的选项，单击【确定】按钮即可进入创建有限元模型的环境。3）单击工具栏中的【材料属性】图标，弹出【指派材料】对话框，在图形窗口中选中模型，单击【材料】列表中的【Iron-cost-G40】，单击【确定】按钮。4）单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框，在【类型】中选择【PSOLID】，默认名称为【PSOLID1】，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】对话框，在【Material】选项中选取上述操作设置的【Iron-cost-G40】选项，其他选项均为默认值，单击确定按钮，随后关闭【物理属性表管理器】对话框。5）单击工具栏中的【网格补集器】图标，弹出对话框，在【单元族】选项中选择【3D】，在【集合类型】选项中选择【实体】，在【物理属性】的【solidproperty】选项中选取上述设置的【PSOILID1】，默认【网格补集器】的名称为【solid（1）】，单击【确定】。6）单击工具栏中的【3D四面体网络】图标右侧的小三角形，弹出对话框，在窗口中选择连杆三维模型，默认【单元属性】的【类型】为【CTETRA（10）】，单击【单元大小】右侧的【自动单元大小】图标，对话框中出现【5.78】，手动修改为【2】，【目标补集器】中【meshcollector】选项为上述设置的【solid（1）】，其他选项均为默认值，单击【确定】按钮。7）单击工具栏中的【有限元模型检查】，弹出【模型检查】对话框，单击【应用】按钮，在弹出的【信息】中出现【NumberFauled】信息，发现模型正常，没有出现划分失败的网络。（2）创建仿真模型节点并修改理想化模型1）在【仿真导航器】窗口中右键单击【fem-link.fem】节点，在弹出的快捷菜单中单击【新建仿真】命令，弹出【新建部件文件】对话框，在【名称】文本框中将【sim1.sim】修改为【sim-link.sin】，单击【确定】按钮，单击弹出的【新建仿真】对话框中的【确定】按钮，弹出【创建解算方案】对话框中，默认【分析类型】为【结构】，【解算方案类型】为【SESTATIC101-单约束】，在【预览解算方案设置】中勾选【迭代求解器】复选框，单击【确定】按钮即可进入仿真模型环境。2）双击【仿真导航器】窗口中的【fem-link-i.prt】节点，进入理想化模型环境。3）在工具栏中单击【再分割面】图标，弹出【再分割面】对话框，在图形窗口中单击连杆小孔表面，单击对话框中的【分割几何体】图标，激活了【创建基准平面】图标，单击该图标弹出【基准平面】对话框，在【类型】中设为【YC-ZC平面】命令，在【距离】数值框中输入【75（两孔的中心距）】，单击【确定】按钮回到【再分割面】对话框。4）在图形窗口中单击创建的基准平面，单击【确定】按钮即可将连杆小孔分割为两个半圆柱面，为施加单侧力载荷提供了条件。5）右键单击【仿真导航器】窗口中的【fem-link-.prt】节点，在弹出的快捷菜单中单击【显示FEM】→【fem-link。Femt】命令，返回到有限元模型环境。6）单击工具栏中的【更新有限元模型】图标，等待模型网络重新划分完成后，右键单击【仿真导航器】窗口中的【fem-link.femt】节点，在弹出的快捷菜单中【显示仿真】→【fem-link.sim】命令，返回到仿真模型环境。（3）定义仿真模型中的边界约束和载荷条件1）单击工具栏中的【约束类型】中的【固定移动约束】命令，弹出【固定移动约束】对话框，在图形窗口中单击连杆大孔内表面，单击【确定】按钮。2）单击工具栏中的【载荷类型】图标右侧的小三角形，单击其中的【力】图标，弹出【力】对话框，默认【类型】为【幅值和方向】，在窗口中单击小孔右侧的内表面，在【指定矢量】中切换为【XC轴】选项，在【力】数值框中输入【8000】，单位为【N】，单击【确定】按钮，其中，模型边界约束条件和载荷定以后的效果如图所示。（4）求解并确定变形和应力约束的基准1）在【仿真导航器】窗口中右键单击【Solution1】节点，在弹出的快捷菜单中单击【求解】命令，弹出【求解】对话框，单击【确定】按钮，稍等后完成分析作业，关闭信息窗口，双击出现的【Results】节点，即可进入后处理分析环境。2）在【后处理导航器】窗口中单击【Solution1】→【位移-节点】→【X】节点，双击【X】节点并在工具栏中单击【标记开/关】图标，得到该模型在X方向变形位移情况，其云图如图所示。通过动画能观看器变形过程，查看其最大位移值，结合优化设计的要求以及该值大小，可以初步确定模型变形位移的约束条件。3）单击【Solution1】→【应力-基本的】→[Von-Mises】节点，双击【Von-Mises】节点并在工具栏中单击【标记开/关】图标，得到该模型的Von-Mises应力分布情况，其云图如图所示。从图可以看出，最大应力位于内孔15180号单元，其值为1.99MPa，收外载荷后最大应力没有达到模型材料屈服强度的60%，说明模型的强度在当前边界约束和载荷条件下是足够的。同时，结合优化设计的要求以及该值大小，可以初步确定模型变形最大应力的约束条件，即确定应力约束的上、下限。4）单击工具栏中的【返回到模型】图标，退出【后处理】显示模式；单击工具栏中的【保存】图标，将上述成功的操作结果保存下来；切换到【仿真导航器】窗口，完成计算结果的分析，也为后续优化设计操作提供了约束条件合理的基准值。结构优化分析操作步骤（1）建立优化解算方案1)单击【Sim-Link.sim】节点，在弹出的菜单中单击【新建解算方案过程】→【优化】命令，弹出【优化解算方案】，默认系统选择。2.弹出【优化设置】对话框，如下图，默认【名称】，【优化类型】，然后分别进行设计目标，约束条件和设计变量的定义操作。•3）在【优化设置】对话框中单击【定义目标】按钮，弹出图框如下图所示，默认目标对象为【模型】，在图形窗口中选中连杆机构，默认【类型】为【重量】，默认目标为【最小化】，•4）在【优化设置】对话框中单击【定义约束】，弹出【约束】对话框，默认类型为【位移】，选择【平移X轴】，默认【限制类型】为【上限】，【限制值】为0.04。•5）继续进行【约束】定义,选择【3D对象】，在【类型】中设为【应力】，应用于【面】，单击【VonMises】,单击连杆模型小孔内表面的右侧面，默认类型为【上限】，【限制值】为225，【下限】系统默认为0•6下面进行【定义设计变量】，单击【特征尺寸】，选择【拉伸11】，单击【特征表达式】中的【p302=8】，【上限】为10，【下限】为7单击应用•7.接着进行【草图尺寸】定义，单击【草图约束】列表框中的【SKETCH-001:草图（9）】，单击【p289=7】选项，上限为10，下限为6，单击确定，完成两个设计变量的定义操作。•8.单击【显示已定义的设置】按钮，可的下表，在表中可以查看已经定义的内容，当然还可以根据优化设计的要求，可以对设计目标，条件，和变量进行编辑，添加等。•9.修改【优化设置】，对话框中的【最大迭代次数】为10，其它参数值均为默认。•（2）优化求解及其结果查看•1）右键单击【Setup1】节点，在快捷菜单中单击【求解】命令，如下图即可提交作业解算。•2）稍等完成计算作业，并切换到MicrosoftExcel工作程序显示优化结果，其中该表包括【Optimization】,【Objective】,和【Link的表达式】3个工作表格，其中【Optimization】工作表主要显示设计目标•设计变量和约束条件迭代过程中的各个数值及其变化情况，如下图：在该表中最后一次迭代的结果即为本模型优化计算的结果。优化的趋势是：中间筋板变厚，两侧筋板变宽。•3）单击电子表格中的【Objecive】选项，如下表：可以看出在第6次迭代后结果基本出于平缓了，逐渐收敛于某个重量值。•4)单击电子表格的【Objective】选项，如图:可以看出第6次基本趋于平缓，逐渐收敛于某个尺寸值。•5）双击出现的【Results】节点，并切换到【后处理导航器】窗口，可以发现在【Sim-Link】节点下面新增了【Setup】及其10个迭代计算子节点，展开第一个迭代计算子节点【DesignCycle1】可以发现相应的字节点名称和【Solution1】相应的子节点相同，如图：•6）单击【DesignCycle1】→【位移-节点的】→【X】节点，双击【X】节点即可得到第1次迭代后模型在X轴方向上的位移云图；同时也可以查看第10次迭代后模型在X方向上的位移云图。