Simulation线性静态分析.教程

ConfidentialInformation杭州华睿信息技术有限公司培训张张晔晔技术技术支持工程师支持工程师[e-mail]@hr3ds.com——线性静态分析培训ConfidentialInformation教程使用说明前提条件：机械设计经验教程编写原则：基于过程或任务的方法而设计的培训教程，并不是专注于介绍单项特征和软件功能本书使用方法：希望读者在有Simulation使用经验的教师指导下，在培训课中进行学习ConfidentialInformation利用计算器求解数学原理计算器操作Simulation只是一个更加复杂的矩阵求解器！ConfidentialInformationSolidworksSimulation课程安排课程内容前言分析理论基础及simulation发展简介第01课分析流程第02课网格控制、应力集中、边界条件第03课带接触的装配体分析第04课对称和自平衡装配体第05课带接头的装配体分析第06课兼容/不兼容网格第07课网格细化后的装配体分析第08课薄件分析第09课混合网格——壳体和实体第10课混合网格——实体、梁和壳ConfidentialInformation固体力学流体力学一般力学力学•材料力学•结构力学•弹性力学•塑性力学•断裂力学•热力学•磁流体力学•空气动力学•振动力学•动力学•运动学在力学各分支中，材料力学的分析和计算方法一般来说是最简单，但材料力学对于其他分支学科的发展起着启蒙和奠基的作用。力学分类ConfidentialInformation连续性假设：组成固体的物质内毫无空隙地充满了固体的体积；应力和变形是连续可微的。均匀性假设：在固体内任何部分的力学性能完全一样。各向同性假设：材料沿各个不同方向的力学性能均相同小变形假设：变形远小于构件尺寸材料力学基本假设ConfidentialInformation材料力学的任务和作用1.研究材料在外力作用下的破坏规律；2.提供强度刚度和稳定性计算的理论基础条件；3.解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾。轴向拉压扭转弯曲剪切内力应力变形强度刚度外力ConfidentialInformation外力的基本形式拉伸压缩由大小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的一对力所引起，表现为杆件长度的伸长或缩短。剪切由大小相等、方向相反、相互平行且非常靠近的一对力所引起，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。如连接件中的螺栓和销钉受力后的变形ConfidentialInformation外力的基本形式扭转由大小相等、转向相反、作用面都垂直于杆轴的一对力偶所引起，表现为杆件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。如机器中的传动轴受力后的变形弯曲由垂直于杆件轴线的横向力，或由作用于包含杆轴的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的力偶所引起的，表现为杆件轴线由直线变为受力平面内的曲线。如单梁吊车的横梁受力后的变形ConfidentialInformation内力构件内由于外力发生变形而产生的相互作用力称之为内力。内力ConfidentialInformation应力为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度的概念，即应力。—C点的应力—平均应力应力是张量，通常分解为：—正应力—切应力图中S为正应力，T为切应力ConfidentialInformation主应力单元体上没有切应力的面成为主平面，主平面上的应力成为主应力，分别用P1，P2和P3表示。并且P1﹥P2﹥P3。平面应力的主平面和主应力三向应力的主平面和主应力ConfidentialInformation应变机械零件和构件等物体内任一点（单元体）因外力作用引起的形状和尺寸的相对改变，称之为应变。注意：应变无量纲X方向上的线应变切应变ConfidentialInformation材料的力学性能1.弹性阶段obE=/（胡克定律）e弹性极限E弹性模量2.屈服阶段bc（失去抵抗变形的能力）s屈服强度3.强化阶段ce（恢复抵抗变形的能力）b抗拉强度弹性阶段内卸载，材料恢复原始形状非弹性阶段卸载，材料发生不可恢复变形ConfidentialInformation四大强度理论第一强度理论--最大拉应力准则基本观点：材料中的最大拉应力到达材料的正断抗力时，即产生脆性断裂。适用范围：铸铁，工具钢，工业陶瓷等多数脆性材料第二强度理论--最大伸长线应变准则基本观点：材料中最大伸长线应变到达材料的脆断伸长线应变时，即产生脆性断裂。适用范围：石料、混凝土等少数脆性材料第三强度理论--最大剪应力准则基本观点：材料中的最大剪应力到达该材料的剪切抗力时，即产生塑性屈服。适用范围：低碳钢、铜、软铝等塑性较好材料ConfidentialInformation第四强度理论：形状改变比能准则基本观点：材料中形状改变比能到达该材料的临界值时，即产生塑性屈服。强度条件：VonMises应力=式中1，2，3为三大主应力，为屈服应力适用范围：它既突出了最大主应力对塑性屈服的作用，又适当考虑了其它两个主应力的影响，它与塑性较好材料的试验结果比第三强度理论符合得更好。四大强度理论ConfidentialInformation线性静态分析假设小变形变形相对于结构的整体尺寸来说很小线弹性材料应力和应变成线性比例关系静态载荷载荷和约束不随时间而改变线弹性材料本构模型判断模型是否满足静态分析的几种基本方法：1.力缓慢加载或恒定不变；2.不存在加速度现象；ConfidentialInformation计算力学的发展固体力学计算力学工程应用流体力学热力学动力学有限单元法有限差分法边界元法加权残数法计算机性能提高计算力学发展理论研究数值方法ConfidentialInformation有限单元法的数学思想例如:一条从家到邮箱的小路----如何去测量这条弯曲路的总长度呢？ConfidentialInformation自由度空间一点的结构自由度自由度（DegreeofFreedom，DOF）用于描述物理场的响应特性。类型自由度结构位移热温度电电位流体压力磁场磁位UZUXUYROTZROTXROTYConfidentialInformation节点和单元公共节点单元A单元B节点：确定单元形状，单元之间相互联结的点，用于存储模型中自由度的信息。单元：组成模型的最小元素，决定节点自由度信息的种类和信息传递的规则。信息通过单元之间的公共节点相互传递ConfidentialInformationSimulation中的三维单元——实体单元空间实体单元节点自由度：UX,UY,UZConfidentialInformationSimulation中的一维单元——梁、桁架单元结构件梁单元IJ有限元模型空间梁单元节点自由度：UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZConfidentialInformationSimulation中的二维单元——板、壳单元空间壳单元节点自由度：UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZConfidentialInformation有限元基本分析流程分析类型选择材料加载约束及载荷离散化模型简化求解前处理后处理CAD模型转化为CAE模型ConfidentialInformation有限元学习基本要求计算机仿真的5个方面训练：1.理论模型：科学知识，经验公式，实验数据2.数学模型：推到描述系统和过程的数学公式3.计算模型：建立前处理模型，算法和数据处理4.计算模型的求解：计算机科学，工程数学，概率统计5.后处理，预见和决策：经验和准则，数据分析知识，科学原理的理解ConfidentialInformation建立有限元模型—约束/夹具标准夹具固定几何体滚柱/滑杆固定铰链高级夹具对称圆周对称参考几何体ConfidentialInformation建立有限元模型—载荷标准载荷类型加载于面、线或点上的标准力力矩高级载荷类型压力温度载荷重力,离心力ConfidentialInformationSolidworksSimulation发展历程1982198519951997SRAC创立COSMOS/M–第一款用于PC的FEA软件第一个SolidWorks合作伙伴第一个SolidWorks黄金合作伙伴发布COSMOS2005被DassaultSystemes收购发布COSMOS2007200220042001发布SWOPremium发布发布COSMOSCOSMOS20062006200520062007发布发布COSMOSCOSMOS200820082008发布发布SWSWSimulationSimulation201020102009发布SWSimulation200920122012发布SWSimulation2014ConfidentialInformationSolidWorksSolidWorksSimulationPremiumSimulationPremiumSolidWorksSimulationProfessionalSolidWorks设计仿真产品线静态分析静态分析模态模态//屈曲屈曲稳态稳态//瞬态瞬态热分析热分析跌落测试跌落测试疲劳疲劳机构机构运动学运动学//动力学动力学优化优化非线性非线性时间时间--历程历程瞬态响应瞬态响应SolidWorksSolidWorksFlowFlowSimulationSimulation随机振动随机振动压力容器压力容器载荷工况合成载荷工况合成谐波响应谐波响应复合材料ConfidentialInformation杭州华睿信息技术有限公司分析流程课程要点课程要点::1.全面了解Simulation界面2.使用实体单元完成线性静态分析3.充分理解分析的整个过程4.学会获取分析后的结果ConfidentialInformationLesson1：选项概述Simulation功能设置：系统选项：应用于所有文件中的所有算例。默认选项：应用于新算例。默认图解设定应用于不含现有结果文件夹（模板）的算例。ConfidentialInformationLesson1：项目描述分析实例：带孔矩形板问题描述：带孔矩形板一侧作用110000N的局部载荷，另一侧固定，利用Simulation求解矩形板的应力，应变和位移，并对分析结果进行解释。材料：AISI304F=110000NConfidentialInformationLesson1：分析步骤线形静态分析步骤：前处理几何模型准备定义材料属性定义夹具/约束定义外部载荷划分网络运行算例结果后处理问题讨论：网格精度的大小直接影响位移大小及受力情况？ConfidentialInformationLesson1：分析界面2.新建算例3.工具栏4.Simulation算例树5.分析算例标签1.启动分析软件6.Simulation帮助ConfidentialInformationLesson1：前处理1.定义材料2.定义夹具/约束3.定义载荷4.生成网格5.运行算例ConfidentialInformationLesson1：后处理编辑图解创建图解结果输出结果比较ConfidentialInformationLesson1：结果粗网格下vonMisesStresses默认网格下vonMisesStresses良好网格下vonMisesStressesConfidentialInformationLesson1：结论结论：好的网格更精确的计算结果更多的计算时间网格密度最大位移最大应力自由度单元数节点数ConfidentialInformation利用Simulation软件研究：研究：装配体中铝质零件的最大应力和最大位移(单位：Mpa)。材料：铝约束状况