3.8 分析结果的评估-2：等效应力

   安全系数不合格，关键问题发生在何处？
   在浏览器中双击“结果”中的“等效应力”，可见图17-9的显示结果。
      

   从结果中可以看到，最大应力发生在红色区域附近，这就是“应力集中”的现象。
   这说明这里的材料需要增加,可以增加这里的截面积。以便在固定的外力下，通过增加面积，

减少单位面积上的内力（应力），达到分散作用力，解决应力集中的问题。

     3.9 模型形状修改-加强

   参见17-002b.IPT，上述分析结果提示在连接板的边沿处产生应力集中，那就添加新的结构特征（补强结构）。之后直接重新进行分析计算。因为与工况加载相关的结构没有删除，原有工况条 件仍旧“粘”在模型上，可以直接计算。过程参见003.AVI。

   可见，最小安全系数变为1.6，大于预期的1.5；最大变形为0.292，小于预期的0.5。已经可 以了。虽然还存在着一点应力集中现象，但已经不会威胁零件未来的使用了。

     3.10 模型形状修改-减重

   很明显，原设计中两小孔之间的连接板部分，显然对于零件强度没有明确的作用，可以把它去掉，参见17-002c.IPT。重新分析的结果是（参见图17-10）：
    

   最小安全系数为1.6，大于预期的1.5；最大变形为0.31，小于预期的0.5。但是重量减少了

0.025kg，这些材料的减少，会对降低成本有直接的效果。

     3.11 点评

   至此，一个“力学分析-优化形状”的反复过程就展示出来了。因为ANSYS的分析功能是集成 在Inventor内部，就使几何形状与力学特性之间顺畅的整合和交互。

      4. 工况加载和求解规则

     4.1 关于“力”Force

   这是为了给零件、添加外力而进行的操作，数值的单位是N。在应力分析工具面板中单击“力”按钮，将弹出图17-11左边的界面，其中：
      

  ◆位置：选定零件上的面、边或点，添加外力到指定的位置上。

  ◆方向：选定相关的几何要素，确定力的作用方向。可用的要素是：平面、圆柱面、棱边、 工作轴或工作面。

  ◆可以点击“方向”箭头按钮 右侧的“反转力”按钮，将力的方向反向。

  ◆大小：外力的大小。单位是N（牛顿）。

  ◆〉〉 ：使用坐标系，确定力 的方向和大小，按下这个按钮，将展开成图17-11右侧的样子。如果将“使用分量”开关打开，X/Y/Z 各个方向 的力的大小可以单独键入。

   ◆应用提示：

   如果使用分量描述力，方向将总 是与Inventor的原始坐标系重合。

   目前还不能在面上定一个“点”来描述力的作用点，而只能在一个面上加载力。这是符合实际的，在实际条件下，力是不会在一个“点”上施加的，至少这会造成材料被压溃。但是，力的作用 区域，是一个很关键的参数，应当有个切实的解决方案。方法如下：

   参见17-001.IPT和图17-12，这就是在零件上用“分割”特征描述的区域，而分割的工具是 一个被参数化控制的草图。
    

   这种分割面不影响零件的几何特性和物理特性，却可以被加载力的功能感应到。而且，随着区域草图的参数变化，力的作用位置也能跟随关联，进而造成不同的结果。这个过程参见004.AVI。
   以上说的是在特定的位置定义力，力的方向又该如何定义呢？默认状态下，力的方向是力作用 面的法线方向。但如果实际的力不垂直力的作用面，又该如何定义呢？这就需要通过草图绘制一根 直线来确定力的方向。但是，在选择力的方向时，Inventor并不能识别草绘线，须在这根草绘线 上生成一根工作轴，让其识别这根工作轴做为力的方向。另外，力的方向不会随着工作轴变化而变 化。如果想改变力的方向，只能够编辑此力，重新选择工作轴作为力的方向。详细的设置过程参见005.AVI。结果文件见17-001a.IPT。

     4.2 关于“压力”Pressure

   这个功能的名称本地化翻译有误，应当是“压强”(单位面积上所受的力)，单位是MPa。压强 在零件上分布的规则是：均匀布满所选面，方向总是面的法向。适 合进行压力容器类零件的分析计算。

   在应力分析工具面板中单击“压力”按钮，将弹出图17-13 的界面，其中：
          

  ◆表面：选定零件上的面，施加压强。

  ◆大小：压强大小的数值。

  ◆应用提示：

   参见17-003.IPT和图17-14，这是个典型的椭圆球面封头的分析结果。
    

     4.3 关于“轴承载荷”Bearingload

   这个功能的名称本地化翻译有误，应当是“孔销传力”,数值的单位是N。这种载荷的特点就 像笔者给出的名称,是模拟“孔”或“销”在工作中的力的传递状态。参见图17-15的结果实例。
     
   因此，这种载荷只能添加到圆柱面上，而力的分布状态符合孔销传力的规则。
   在应力分析工具面板中单击“轴承载荷”按钮，将弹出图17-16的界面，其中：
          

  ◆表面：选定零件上的圆柱面（也可以是不完整的圆柱面）， 添加孔销力。

  ◆大小：压力大小的数值。

  ◆方向：默认的方向是沿着圆柱面的切线方向，可以反向。

  ◆〉〉 ：使用坐标系，确定力的方向和大小，按下这个按钮， 将展开成图17-17的样子。如果将“使用分量”开关打开，X/Y/Z各个方向的力的大小可以单独键入。
          

   ◆应用提示：
   对于大多数孔销传力的加载过程，可能都需要使用分量描述。这时的坐标方向，将与零件的原始坐标系重合。

   作为孔销传力，参与者是两个零件，在目前的分析功能还不支 持装配环境的条件下，可以按下面的过程进行分析参数的关联。

  ◆相关特征要设法与原始坐标系一致，例如孔的轴线是Z轴，那么销零件的轴线也需要是Z轴，才能完成两者作用力的关联和一致。

  ◆完成孔、销两零件的装配，并据此做出销上的连接面边界。参见17-01.iam中的两个零件。

  ◆打开孔零件（17-004.ipt），添加孔上的载荷，“使用分 量”… 参见图17-18；
        

  ◆分析这个孔零件，得出结果。

  ◆点击“参数”，可见图17-19 的结果，改变各项力的参数名，并将其设置成“可输出”。
     

  ◆打开销零件（17-005.IPT），衍生17-004.IPT的“输出的参数”；

  ◆设置销的两端面为固定约束；

  ◆在中间连接段，添加孔销传力载 荷，使用分量描述，直接键入变量名,参见图17-20。
            

   这样做，是因为这些界面的作者，不 了解Inventor数据编辑框的统一规则，而忘记了给出通常的“列表参数”操作；分 析这个销零件，得出结果。

   可见，这样就实现了两个相关零件受力条件的一直保持关联， 而这些条件的“基准”是孔零件，这很像配合方式中的“基孔制”。