(3)【研究选取】选项组用于定义新建分析结果窗口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】下拉列表框中选择分析。
在列表框中选择模态分析环境的频率模式,可以多选,单击【缩放】列中的文本
框定义缩放比例。
(4)【显示类型】下拉列表框用于定义生成分析结果的显示类型:Fringe(条纹)、
Vectors(线框)、Graph(曲线)、Model(模型)4种类型。
(5)【量】选项卡,如图8.33所示,该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)、Rotation(旋转)、
SheIIResultant(壳合成)、P- Level。
(6)其他选项的作用同静态分析。
3.实例
下面以静态分析中的方形梁体为例,讲解模态分析的创建过程。
(l)打开模型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。
关于分配材料、添加约束等操作参见静态分析实例,直接使用前面的例子进行创建
模态分析。
(2)选择菜单栏中的【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。
(3)在对话框中,选择菜单栏中的【文件(F)】→【新建模态分析】命令,系统
弹出“模态分析定义”对话框。
(4)单击【模式】选项卡,点选【模式数】单选按钮,在【模式数】和【最小频
率】文本框中键入8、30,如图8.34所示。
(5)勾选【输出】选项卡中【计算】选项组中【旋转】、【反作用】复选框,其他
选项为默认值, 单击【确定】按钮,返回“分析和设计研究”对话框,完成模态分析的
创建。
(6)选择菜单栏中的【运行(R)】→【开始】命令,或单击工具栏上的【开始】
按钮
,系统弹出“提示询问”对话框,单击【是(Y)】按钮,系统就开始计算,大约
几分钟以后,系统弹出“诊断”对话框,如图8.35所示,对话框中显示模态分析过程以
及分析出现的问题。
(7)关闭“诊断”对话框,保存分析结果以便输出分析结果。
(8)选中【分析和设计研究】列表框中的模态分析,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。
(9)在【标题】文本框中键入变形曲线,选中【研究选取】选项组中列表框中所
有模式。
(10)选中【显示类型】下拉列表框中“Graph”选项。
(11)单击【量】选项卡,在下拉列表框中选择“Displacement”选项,单击【图像
位置】选项组中【选取】按钮
,系统弹出模型预览窗口,选择一条边,在“选取”对
话框中单击【确定】按钮,返回“结果窗口定义”对话框。
(12)其他选项为默认值,单击【确定并显示】按钮,效果如图8.36所示。
(13)重复第8~12步,在第9步中选中第一种频率模式,单击【确定并显示】按
钮,效果如图8.37所示。
8.2.3失稳分析
1.新建失稳分析
【失稳分析】是在静态分析结果的基础上进行分析模型的稳定性,即模型在载荷作
用下是如何发生变形的,以及变形的大小等。
运行失稳分析的条件:
一个以上的载荷集。
一个静态分析、或增加一个设计研究。
属于3D模型。
在“分析和研究”对话框中,选择菜单栏中的【文件(F)】→【新建失稳分析】命
令,系统弹出“失稳分析定义”对话框,如图8.38所示。
(1)【前一分析】选项卡用于设置进行失稳分析所使用的静态分析、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失稳分析依
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失稳分析
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
进行失稳分析。
【失稳模式数】微调框用于调节进行失稳分析的模式数。
(2)其他选项的内容介绍参见静态分析。
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l列表框中的失稳分析,
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8.39所示,该对话框的大部内容与模态分析所对于的对话框内容相同,其
中,【设计研究】列表框中的内容不同,这里列出是弯曲载荷,单击【Buckling Load Factor】
列中的数值,可以定义弯曲载荷因子。
3.实例
下面以静态分析中的例子为例,继续讲解失稳分析的创建过程。
(1)打开模型A.prt,选择菜单栏中的【应用程序(P)】一【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。
(2)选择菜单栏中的【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。
(3)在对话框中,选择菜单栏中的【文件(F)】→【新建失稳分析】命令,系统
弹出“失稳分析定义”对话框。
(4)单击【前一分析】】选项卡,在【静态分析】下拉列表框中选择静态分析Analysisl,
选中【载荷集】列表框中的LoadSetl载荷集,调节【失稳模式数】微调框为4,如图8.40
所示。
(5)单击【收敛性】选项卡,在【方法】下拉列表框中选中“多通道自适应”选
项,然后点选【收敛于】选项组中【BIF、局部位移、局部应变能和RMS应力】单选按
钮,如图8.41所示。
(6)单击【输出】选项卡,勾选【应力】、【旋转】、【反作用】复选框,调节【出
图】选项组中【绘制网格】微调按钮为8。
(7)其他选项为默认值,单击【确定】按钮,完成失稳分析模型的建立。
(8)选择菜单栏中的【运行(R)】→【开始】命令,或单击工具栏上的【开始】
按钮
,系统弹出“提示询问”对话框,单击【是(Y)】按钮,系统就开始计算,大约
几分钟以后,系统弹出“诊断”对话框,如图8.42所示,对话框中显示失稳分析过程以
及分析出现的问题。
(9)关闭“诊断”对话框,保存分析结果以便下面输出分析结果。
(10)选中【分析和设计研究】列表框中的失稳分析,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。
(11)在【标题】文本框中键入压力条纹,选中【设计研究】列表框中第四种模式。
(12)选中【显示类型】下拉列表框中“Fringe”选项。
(13)单击【量】选项卡,在下拉列表框中选择“Displacement”选项。
(14)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。
(15)其他选项为默认值,单击【确定并显示】按钮,效果如图8.43所示。
8.2.4疲劳分析
【疲劳分析】就是对零件的疲劳特征进行评估和预测是否发生疲劳破坏,也可以和
其他分析一起对零件进行优化设计。疲劳破坏就是零件在交变载荷重复作用下材料或结
构的破坏现象,当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后,虽然应力值始终没有超
过材料的强度极限,甚至比弹性极限还低的情况下也可能发生破坏。
进行疲劳分析的主要内容如下:
疲劳寿命:发生疲劳破坏时的应力循环次数,或者从开始受重复载荷作用到断裂
所经过的时间,称为疲劳寿命。
疲劳破坏就是在交变载荷作用下引起的零件失效或破坏。疲劳破坏不是在一次最
大载荷作用下的破坏,而是反复载荷作用下产生的破坏,疲劳破坏通常没有明显的塑性
变形迹象。
安全系数就是输入载荷的许用安全系数。当计算出的疲劳寿命比设计寿命长时,
疲劳分析能够反过来计算输入载荷的许用安全系数。
疲劳寿命可信度就是计算出的疲劳和设计寿命的比值。由于疲劳具有统计特征,
因此,疲劳寿命可信度越大越好。
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.材料的疲劳特征
零件抵抗静力破坏的能力,主要取决于材料本身。零件抵抗疲劳破坏的能力不仅与
材料有关,而且还与材料的组成,构件的状态和大小、表明状况等有关。在疲劳分析中,
不仅确定材料密度、弹性模量、泊松比等参数,还需要设置材料的疲劳特征参数,如最
大抗拉强度、材料表明处理、材料放入构成等。
选择菜单栏中的【属性(R)】→【材料(L)】命令,或单击“Mechanica对象”工
具栏上的【材料】工具按钮
,系统弹出“材料”对话框,选中【模型中的材料】列表
框中的材料,选择菜单栏中的【编辑】→【属性】命令,系统弹出“材料定义”对话框,
如图8.44所示。
(1)【材料极限】选项组由于定义材料的拉伸屈服应力、抗张极限应力、压缩极限
应力等材料属性值,取值范围在50~4000Mpa之间。
(2)【失效准则】选项组由于定义材料的失效方式:修正的莫尔理论、最大剪切应
力( Tresca)、畸变能(von Mises)。
(3)【疲劳】选项组用于定义材料工艺特征。在下拉列表框中选择“统一材料法则
(UML)”选项,然后其下的选项中设置材料类型、表面光洁度(表面粗糙度)、失效衰
减因子。
【材料类型】下拉列表框用于选择零件的材料。系统提供的材料类型有非合金钢、
低合金钢、钛合金、铝合金。
【表面光洁度】下拉列表框用于定义材料表面的处理情况,疲劳破坏与材料的表
面情况有很大的关系,系统提供的材料表面处理情况有:已上光、基础、加工(精)、
加工(中)、加工(粗)、热轧、锻造、铸造、水蚀处理、咸水水蚀处理、氮化处理、
冷轧、喷丸处理等表面处理情况。
【失效强度衰减因子】文本框用于定义疲劳强度换算系数,该值为大于1的数值。
2.新建疲劳分析
在“分析和设计研究”对话框中,选择菜单栏中的【文件(F)】→【新建疲劳分析】
命令,系统弹出“疲劳分析定义”对话框,如图8.45所示。
(1)【名称l文本框用于定义新建疲劳分析的名称,系统默认为Analysis+数字,
也可以自定义。
(2)【说明】文本框应用于定义新建疲劳分析的简要概述。
(3)【载荷历史】选项卡用于定义载荷零件作用过程。
【寿命】文本框用于定义发生疲劳破坏时的应力循环次数,或者从开始受重复载
荷作用到断裂所经过的时间。
【正在加载】选项组用于设置交变载荷的幅值特征、载荷的类型。在【类型】下
拉列表框中选择载荷幅值变化类型:恒定振幅、可变振幅,如果载荷是随机载荷,则需
要选择可变振幅,否则选择恒定振幅;在【振幅类型】下拉列表框中选择幅值类型:峰
值.峰值、零值一峰值、用户定义的3种,如果选择用户定义的幅值类型,则需要输入最小
载荷因子和最大载荷因子。
(4)【前一分析】选项卡,如图8.46所示,该选项卡用于定义进行疲劳分析所需的
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
表框中选择模型中已创建的设计研究。
在【静态分析】下拉列表框中选择模型中已创建的静态分析。
在【载荷集】列表框中选中用于疲劳分析的载荷集,选中所需要的载荷集使其高
亮显示。
(5)【输出】选项组用于定义输出结果的显示的网格和输出计算安全系数。
在【绘制网格】微调框中调整输出结果显示的网格数,该数值为2~10之间。
勾选【计算安全系数】复选框,系统在对零件进行疲劳分析的同时计算输入载荷
的许用安全系数,并将其输出。
3.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】列表框中的疲劳分析,
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8.47所示,该对话框的内容与前面讲解的静态分析、模态分析相差不多,
不同之处如下:
【显示类型】定义生成的分析结果显示类型,这里只能“Fringe(条纹)”一种。
在【量】选项卡【分量】下拉列表框中选择输出结果的具体内容:日志寿命、日
志破坏、安全系数、寿命置信度4中类型。
4.实例
下面以如图8.47所示简单的紧固件几何模型为例,讲解疲劳分析的建立分析过程。
要求:零件为热轧低合金钢,最大抗拉强度为400Mpa,零件的设计疲劳寿命为106
次,受到IOOON的交变载荷作用。
(1)建立几何模型
选择菜单栏中的【文件(F)】→【新建(N)】命令,系统弹出“新建”对话
框,点选【零件】单选按钮,在【名称】文本框中键入B,取消【使用缺省模板】复选
框,单击【确定】按钮,系统弹出“新文件选项”对话框。
在“新文件选项”对话框中,选中列表框中的“mmns_part_solid”选项,单击【确
定】按钮,进入零件设计平台。
单击“基础特征”工具栏上的【拉伸】工具按钮
,在控制面板中显示拉伸设
置选项,单击【放置】选项卡中的【定义】按钮,系统弹出“草图”对话框,在3D工作
区中,选择Right草绘面,单击【草绘】按钮,进入草图绘制平台。
绘制如图8.48所示草图,单击“草绘器”工具栏上的【完成】按钮
,在控制
面板中厚度设置框中键入15,单击其后的【完成】按钮
,完成模型的设计。
(2)定义模型的材料
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。
单击“Mechanica对象”工具栏上的【材料分配】工具按钮,或选择菜单栏中的
【属性(R)】一【材料分配(A)】命令,系统弹出“材料指定”对话框,单击【属性】
选项组中【Material】选项组中【更多】按钮,系统弹出“材料”对话框,双击【库中的
材料】列表框中的“STEEL.mtl”材料,使其添加到右侧【模型中的材料】列表框中。
在【模型中的材料】列表框中,选中“STEEL”材料选项,选择菜单栏中的【编
辑】→【属性】命令,系统弹出“材料定义”对话框。
在【材料极限】选项组中, 【拉伸屈服应力】文本框中键入350,在其后下拉列
表框中选择“Mpa”单位选项;【抗拉极限应力】文本框中键入400,在其后下拉列表框
中选择“Mpa”单位选项。
选择【失效准则】下拉列表框中的“最大剪切应力( Tresca)”选项;选择【疲
劳】下拉列表框中的“统一材料法则( UML)”选项,在其下的【材料类型】下拉列表
框中选择“低合金钢”选项, 【表面光洁度】下拉列表框中选择“热轧”选项,在【失
效强度衰减因子】文本框中键入2, “材料定义”对话框中的设置如图8.49所示。
单击【确定】按钮,完成材料疲劳特性参数的设置,返回“材料”对话框,单击
【确定】按钮,返回“材料定制”对话框,单击【确定】按钮,完成模型材料的定义。
(3)定义约束
单击“Mechanica对象”工具栏上的【位移约束】工具按钮,或选择菜单栏中的
【插入(I)】→【位移约束(I)】命令,系统弹出“约束”对话框。
在【参照】下拉列表框中选择“Surfaces”选项,在3D模型中选择孔内表面,
如图8.50所示。
选中【平移】和【旋转】选项组中所有【固定】按钮
,单击【确定】按钮,
完成位移约束定义。
使用同样约束方法,将另一孔的6个自由度都笃定,效果如图8.51所示。
(4)定义载荷
单击“Mechanica对象”工具栏上的【力/力矩载荷】工具按钮,或选择菜单栏中
的【插入(I)】→【力,力矩载荷(L)】命令,系统弹出“力/力矩载荷”对话框。
选择【参照】下拉列表框中的“Points”选项,在3D模型中点选侧边中点,如
图8.52所示。
在【力】选项组中【Y】文本框中键入1000,选择其下方列表框中“N”单位选
项,单击【确定】按钮,完成载荷的定义。
使用同样的方法,在另一侧也添加相同的载荷,效果如图8.53所示。
(5)建立并运行静态分析
选择菜单栏中的【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。
选择【文件(F)】→【新建静态分析】命令,系统弹出“静态分析定义”对话
框,选中【约束】列表框中的“ConstraintSetl”选项,使其高亮显示,选中【载荷】列
表框中“LoadSetl”选项,其他选项为系统默认值,单击【确定】按钮,完成静态分析
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8.54所示,该对话框显
示分析过程中出现的问题以及分析步骤。
(6)建立并运行疲劳分析
在“分析和设计研究”对话框中,选择【文件(F)】→【新建疲劳分析】命令,
系统弹出“疲劳分析定义”对话框。
单击【载荷历史】选项卡中,在【寿命】选项组中【所需强度】文本框中键入
1000000,点选【计算安全系数】复选框,单击【确定】按钮,完成零件疲劳分析的建立。
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8.55所示,该对话框显
示分析过程中出现的问题以及分析步骤。
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。
单击【量】选项卡,在【分量】下拉列表框中选择“日志寿命”选项,单击【确
定并显示】按钮,如图8.56所示为破裂寿命窗口。
选择菜单栏中的【文件(F)】→【退出结果(X)】命令,返回“分析和设计
研究”对话框。
在“分析和设计研究”对话框中,选中【分析和设计研究】列表框中的疲劳分析,
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。
单击【量】选项卡,在【分量】下拉列表框中选择“日志破坏”选项,单击【确
定并显示】按钮,如图8.57所示为交变荷作用下的疲劳破坏窗口,最先发生破裂破坏的
地方正好位于孔边。
选择菜单栏中的【文件(F)】→【退出结果(X)】命令,返回“分析和设计
研究”对话框。
在“分析和设计研究”对话框中,选中【分析和设计研究】列表框中的疲劳分析,
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”