第一十零章 线性结构分析应用实例

10.1.1  实例分析

    此例题是针对初次接触SAMCEF Field的用户对于一个简单的三维连杆结构。介绍了从建模到分析以及结果校核等全部过程，以便用户能够容易地跟随操作。

    按照本节的提示进行操作可以在短时间内理解SAMCEF Field和SAMCEF的环境及其使用方法。

    在本书光盘中提供有包含此例题所有建模、分析和结果确认过程的最终数据库文件和动画文件。先通过动画对整个分析过程进行了解，可以进一步提高跟随操作的效果。

    此例题所介绍的各阶段的分析步骤与一般实际工作中的分析过程基本相同。其具体内容如下。

    （1）建立分析模型。

    （2）定义分析数据。

    （3）划分有限元网格。

    （4）求解。

    （5）查看结果。

10.1.2  分析模型和载荷条件

    如图10-1所示简单的连杆结构在静态载荷作用下的应力分布。右侧大圆孔固定，总计10000 N的力均匀作用在结构表面上。其材料特性如下：

    弹性模量E = 2.1e11 N/m2，泊松比 ν = 0.3；密度ρ = 7.8e3 kg/m3。

10.1.3  建立分析模型

    连杆几何模型保存在一个Step格式文件中，如图10-1所示。

图10-1  连杆模型

    （1）首先双击显示在桌面上的SAMCEF Field图标或相应目录中的SAMCEF Field以打开程序。

    （2）如图10-2所示，在主菜单File中选择Import选项。

    （3）单击图标，进入example目录。

    （4）双击“Step”图标进入step目录，浏览并选择crank.stp。

    （5）单击“Open”按钮，调入CAD模型。

图10-2  读取连杆模型

    读入的几何模型如图10-3所示。SAMCEF Field可以直接读取Catia V4和V5的几何模型，或者通过Step、Iges和Brep格式输入其他CAD软件的几何模型。

图10-3  连杆几何模型

    数据树（Data Tree）如图10-4所示，单击图标可以展开此数据树。SAMCEF Field软件的数据树中记录着对几何模型和有限元模型的各种操作，例如，几何尺寸参数、材料特性、网格尺寸、载荷和边界条件，以及结果等信息。它提供了方便对几何模型和有限元模型修改和更新的工具。

    在工具条上单击图标，显示如图10-5所示着色的三维几何图形。

图10-4  连杆几何模型的数据库

图10-5  着色三维几何模型

10.1.4  定义分析数据

    如图10-6所示，单击“Analysis Dada”模块图标，进入分析数据设置菜单。如图10-6所示，在工具条中显示出此模块的所有命令。

图10-6  Analysis dada模块及命令

1．设置材料特性

    （1）在数据树中选择“Model”（使用鼠标左键）。

    （2）单击“Behavior”图标，弹出Behavior菜单（如图10-7所示）。

    （3）在弹出的对话框中单击“Apply”按钮，在数据树中创建了一个“Used Data”项。

    在此菜单中可以选择单元类型，以及是弹性体还是刚性体。

    （4）单击“Material”图标，弹出如图10-8所示对话框，在此对话框中创建材料“Steel”。

图10-7  单元特性菜单

图10-8  材料特性菜单

    （5）在Young Modulus文本框中输入2.1e11。

    （6）在Poisson Ratio文本框中输入0.3。

    （7）在Mass Density文本框中输入7.8e3。

    （8）单击“Apply”按钮确认输入数据。

2．施加载荷及边界条件

    （1）选择并单击“Constraint”图标。

    （2）在Constraint栏中选择固定约束Clamp。

    （3）使用鼠标左键拾取右侧圆孔的圆柱面（如图10-9所示）。

    （4）单击“Apply”按钮，完成施加边界条件设置。

    （5）单击“Load”图标。

    （6）如图10-10所示，在Load下拉列表框中选择Resultant Force选项。

图10-9  选择圆孔面

图10-10  设置载荷

    （7）输入合力10000 N。

    （8）选择Z方向。

    （9）选择几何上表面。

    （10）单击“Apply”按钮，完成施加边界条件设置。

3．数据树

    （1）单击“Used Data”左侧按钮，展开的数据树如图10-11所示。

    （2）单击图标，三维图形显示如图10-12所示。

图10-11  数据树

图10-12  几何载荷和边界条件

10.1.5  划分有限元网格

    如图10-13所示，单击“Mesh”模块图标，进入网格划分设置菜单。在工具条中显示出此模块的所有命令。

图10-13  Mesh页面菜单

1．网格划分

    （1）确认数据树中的Model已经被选中。

    （2）单击“Length”图标。

    （3）如图10-14所示，设置Average Mesh Size为6mm。

    （4）单击“Apply”按钮。

    （5）单击如图10-13中所示的Generate按钮，如图10-15所示，单击“Apply”按钮，生成三维单元。

图10-14  设置单元平均长度

图10-15  生成单元

2．数据树

    单击“Used Data”左侧的，展开的数据树如图10-16所示，结果如图10-17所示。

图10-16  数据树

图10-17  有限元网格

10.1.6  求解

    如图10-18所示，单击“Solver”模块图标，进入求解设置菜单。如图10-18所示，在工具条中显示出此模块的所有命令。

图10-18  Solver模块菜单

    （1）单击Convert and Launch快捷图标进入求解设置对话框。

    （2）单击按钮，生成求解器数据文件，并执行计算过程。显示执行状态的监视窗口（如图10-19所示）。

    （3）当计算完成后，单击“Close”按钮，关闭Solver Monitoring Docament1对话框。

    （4）结果显示在数据树中，以便后续进行后处理分析。

    （5）单击“Used Data”左侧按钮，展开的数据树如图10-20所示。

图10-19  Solver监视窗口

图10-20  数据树

10.1.7  查看结果

    如图10-21所示，单击“Result”图标，进入结果显示菜单。在工具条中显示出此模块的所有命令。

图10-21  Result页面菜单

    （1）在数据树中选择“Displacements”。

    （2）选择Drawing执行动画处理：在弹出的Drawing Mode对话框中，单击按钮进行动画（如图10-22所示）。

    （3）单击Close按钮关闭。

    （4）选择“Von Mises”应力，应力云图如图10-23所示。

图10-22  动画菜单

图10-23  应力云图

    （5）使用图标抓拍图片。

    （6）如图10-24所示，在工具条中选择“Drawing”按钮，在弹出的对话框中选择Cutting Plane选项卡并在Y轴方向进行动态切片。单击“Max Value Plane”按钮，调整滑块按钮。

    （7）如图10-25所示，为数值为1.8时的切面应力云图。

图10-24  切面设置菜单

图10-25  切面应力云图