4 幾何工具

點(diǎn)擊分析樹(shù)中Geometry或下屬零件，工具欄便會(huì)出現(xiàn)Geometry工具條。

 

 

4.1 質(zhì)量點(diǎn)

Point Mass是理想的質(zhì)量點(diǎn)，將零件簡(jiǎn)化稱為一個(gè)帶質(zhì)量參數(shù)的點(diǎn)，在有慣性載荷的計(jì)算中提高了計(jì)算速度。

需要注意的是，創(chuàng)建的質(zhì)量點(diǎn)并不會(huì)繼承原模型的邊界條件與接觸關(guān)系，也不會(huì)自動(dòng)抑制原模型。所以創(chuàng)建質(zhì)量點(diǎn)前一般先手動(dòng)抑制原模型，并通過(guò)遠(yuǎn)程點(diǎn)的形式添加與其他模型的接觸關(guān)系。

實(shí)例3，將圖中上方幾何體簡(jiǎn)化為質(zhì)量點(diǎn)，計(jì)算在重力下，下方幾何體的變形與應(yīng)力。

 

 

Step1 抑制上方塊。創(chuàng)建與下方塊關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)程點(diǎn)，右擊分析樹(shù)Model——Insert——Remote Point，細(xì)節(jié)窗口中選擇下方塊的上表面，適當(dāng)修改高度方向數(shù)值，以便觀察。

 

 

遠(yuǎn)程點(diǎn)創(chuàng)建

 

 

遠(yuǎn)程點(diǎn)設(shè)置

Step2 質(zhì)量點(diǎn)創(chuàng)建：在Geometry工具條選擇質(zhì)量點(diǎn)，Scope Method選擇Remote Point，在Remote Points下拉菜單中選擇剛才創(chuàng)建的遠(yuǎn)程點(diǎn)，質(zhì)量修改為上方塊的質(zhì)量。

 

 

創(chuàng)建質(zhì)量點(diǎn)

Step3 施加邊界條件：固定下方塊下端面，給系統(tǒng)時(shí)間向下的重力加速度，計(jì)算結(jié)果如下：

 

 

邊界條件

 

 

計(jì)算結(jié)果

4.2 分布質(zhì)量

Distributed Mass設(shè)置方法類似于質(zhì)量點(diǎn)，但是它不是集中質(zhì)量點(diǎn)，而是在一個(gè)面或一條邊線上的均布質(zhì)量

4.3 表面涂層

Surface Coating可以定義表面涂層厚度與材料。

5 坐標(biāo)系

 

 

當(dāng)導(dǎo)入模型后，Mechanical會(huì)自動(dòng)添加全局坐標(biāo)系Global Coordinate System。但是很多時(shí)候全局坐標(biāo)系已經(jīng)不能滿足我們的使用要求此時(shí)就需要?jiǎng)?chuàng)建用戶的局部坐標(biāo)系。創(chuàng)建坐標(biāo)系方法如下。

Step1 新建坐標(biāo)系：在分析樹(shù)中右擊Coordinate Systems——Insert——Coordinate System，便能添加局部坐標(biāo)系。也可以點(diǎn)擊工具欄

 

 

圖標(biāo)。右擊創(chuàng)建的Coordinate System——Rename，可以修改坐標(biāo)系名稱。

Step2 選擇坐標(biāo)系類型Type：包括笛卡爾坐標(biāo)系Cartesian與圓柱坐標(biāo)系Cylindrical。坐標(biāo)系的ID號(hào)在Coordinate System中修改，一般通過(guò)程序默認(rèn)值。

Step3 定義坐標(biāo)系原點(diǎn)Origin：可以通過(guò)在Define By中指定定義方式：幾何選擇Geometry Selection，全局坐標(biāo)Global Coordinates。

幾何選擇是在模型中選擇一個(gè)點(diǎn)、線、面、體，圓心將將在選擇元素的質(zhì)心。

若選擇全局坐標(biāo)，原點(diǎn)將由全局坐標(biāo)下定義的X/Y/Z值定義。

Step4 定義主軸方向Principal Axis：在Axis指定主軸，默認(rèn)為X軸，可以通過(guò)在Define By中指定定義方式：幾何選擇Geometry Selection，全局坐標(biāo)軸方向Global X/Y/Z Axis。

定義副軸方向Principal Axis：在Axis指定副軸，默認(rèn)為Y軸，方向定義方法與主軸相同。

6 定義連接

當(dāng)幾何體存在多個(gè)零部件時(shí)，需要確定零部件之間的相互關(guān)系，在Mechanical中可以創(chuàng)建的連接關(guān)系如下：

•接觸Connect

•網(wǎng)格接觸Mesh Connection

•關(guān)節(jié)連接Joint

•梁連接Beam Connection

•彈簧Spring

•軸承Bearings

•點(diǎn)焊spot Weld

•末端釋放End Releaser(應(yīng)用于梁、殼單元)

•幾何體交互Body Interaction (應(yīng)用于顯示動(dòng)力學(xué)中)

其中接觸已經(jīng)在上一篇文章中詳細(xì)講解了，此處介紹其他連接方式。

在Cnnections的選項(xiàng)細(xì)節(jié)窗口中，Generate Automatic Connection On Refresh(在刷新時(shí)自動(dòng)生成連接)默認(rèn)為Yes，這一設(shè)置在設(shè)計(jì)分析時(shí)很有用。

 

 

Connections選項(xiàng)

6.1 網(wǎng)格接觸Mesh Connection

網(wǎng)格接觸可以幫助連接不連續(xù)的體之間的網(wǎng)格劃分，如以下實(shí)例。

實(shí)例3，兩塊面體間隙為0.5mm。使用網(wǎng)格接觸使它們接觸。

 

 

面體間隙

Step1生成網(wǎng)格。

Step2 創(chuàng)建網(wǎng)格接觸集合：創(chuàng)建網(wǎng)格接觸的工具不是在Connetions工具條內(nèi)，而是在Mesh工具條呢。點(diǎn)擊分析樹(shù)中的Mesh，工具欄出現(xiàn)Mesh工具條，選擇Mesh Edit——Mesh Connection Group，在分析樹(shù)中便創(chuàng)建了Mesh Edit及其下屬的Mesh Connection Group。

 

 

創(chuàng)建網(wǎng)格接觸

Step3 設(shè)置接觸：點(diǎn)擊Mesh Edit進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)置，Generate Automatic Connection On Refresh(在刷新時(shí)自動(dòng)生成連接)改為Yes。

 

 

Mesh Edit細(xì)節(jié)設(shè)置

點(diǎn)擊Mesh Connection Group進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)置，Geometry默認(rèn)為All Bodies(需要先劃分網(wǎng)格)，修改Tolerance Slider到-100，使Tolerance Value值大于0.5。若拖到-100，其值仍小于0.5，可將Tolerance Type改為Value，然后直接修改Tolerance Value的值為0.6。

 

 

Mesh Connection Group細(xì)節(jié)設(shè)置

Step4 自動(dòng)生成網(wǎng)格接觸：右擊分析樹(shù)中的Mesh Connection Group——Detect Connections(探測(cè)連接)，其下屬便生成了兩對(duì)網(wǎng)格接觸，檢查是否正確，此處只需要一對(duì)，刪除其中一對(duì)。

右擊分析樹(shù)中的Mesh Connection Group——Generate，網(wǎng)格連接創(chuàng)建成功。

 

 

生成網(wǎng)格連接

最后點(diǎn)擊分析樹(shù)的Mesh，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)面體已經(jīng)通過(guò)網(wǎng)格連接為一體。

 

 

網(wǎng)格連接結(jié)果

注：也可以通過(guò)手動(dòng)方式創(chuàng)建網(wǎng)格接觸：在Step2中選擇Manual Mesh Connections，無(wú)需進(jìn)行Step3的設(shè)置，只需要在Mesh Connection的細(xì)節(jié)設(shè)置中指定主副幾何，同樣需要將Tolerance Value設(shè)置為大于縫隙值。

 

 

手動(dòng)創(chuàng)建網(wǎng)格連接

6.2 關(guān)節(jié)連接Joint

Joint核心即為MPC接觸形式,采用約束方程定義實(shí)體之間或者實(shí)體與大地之間的連接關(guān)系。

分為固定Fixed、旋轉(zhuǎn)Revolute 、圓柱Cylindrical 、平移Translational 、 槽Slot 、萬(wàn)向節(jié) Universal 、球Spherical 、 平面Planar、套管Bushing、通用General 、點(diǎn)面連接Point on Curve。具體含義將在剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)一文中解釋。

6.3 彈簧Spring和梁Beam接觸

Spring和Beam接觸，用來(lái)模擬彈簧和梁的連接，以定義相應(yīng)的接觸關(guān)系。兩者的創(chuàng)建方法相同，以下以創(chuàng)建彈簧接觸為例。

實(shí)例4，長(zhǎng)條左端施加可轉(zhuǎn)動(dòng)的約束，上端面時(shí)間彈簧接觸，在重力的影響下求變形。

 

 

實(shí)例4

Step1創(chuàng)建彈簧。

右擊分析樹(shù)的Connections——Insert——Spring，便創(chuàng)建了待定義的彈簧接觸。

對(duì)彈簧接觸進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)置：Scope設(shè)置為Body-Ground，即幾何體與地面連接，此處的地面為抽象概念，表示彈簧錨在不動(dòng)的地方。其余設(shè)置如下圖。

 

 

彈簧接觸設(shè)置

Step2添加約束條件。

以遠(yuǎn)端位移約束左端面，只允許豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，添加豎直向下的重力加速度。計(jì)算結(jié)果如下。

 

 

邊界條件設(shè)置

 

 

計(jì)算結(jié)果

6.4 軸承Bearing

軸承接觸為一個(gè)2D彈性單元，可用來(lái)限制旋轉(zhuǎn)部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。定義軸承時(shí)，需要設(shè)置剛度矩陣與阻尼矩陣。其含有如下圖。

 

 

軸承徑向剛度與阻尼(平面)

6.4 點(diǎn)焊Spot Weld

點(diǎn)焊連接用來(lái)連接不同的零件，其作用與綁定接觸一樣，但是對(duì)象只能選擇點(diǎn)。點(diǎn)焊在不同零件直接傳遞載荷。如下圖將兩個(gè)方塊4個(gè)頂點(diǎn)一對(duì)一點(diǎn)焊，再施加底面的固定與橫向的拉力，位移結(jié)果如下。

 

 

點(diǎn)焊

7 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分在以往的文章中已經(jīng)詳細(xì)解釋，但是結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1，接觸面應(yīng)提供適當(dāng)精細(xì)的網(wǎng)格，以使接觸應(yīng)力平滑分布。

2，對(duì)應(yīng)力應(yīng)變感興趣的區(qū)域，網(wǎng)格應(yīng)相應(yīng)加密，對(duì)位移感興趣而對(duì)應(yīng)力應(yīng)變不感興趣的區(qū)域，網(wǎng)格可以相應(yīng)粗大。

3，考慮結(jié)構(gòu)非線性時(shí)，網(wǎng)格應(yīng)適當(dāng)加密。

8 邊界條件

載荷與約束也被稱為邊界條件，在以往文章已經(jīng)詳細(xì)介紹過(guò)了，此處不再贅述。

寫在最后，Workbench的分析前設(shè)置先介紹到這里，分析設(shè)置與后處理將在接下來(lái)的文章中詳解，盡請(qǐng)期待。筆者也是在一邊翻資料一邊看幫助文件的學(xué)習(xí)過(guò)程，其中一些理論筆者也不大明白，比如軸承接觸的剛度矩陣的含義，希望相互交流學(xué)習(xí)，還望不吝批評(píng)賜教。