你当前的位置:首页>>Inventor>>Inventor2008机械设计应用教程 有限元分析(3)

     4.4 关于“力矩”Moment

   力矩使物体绕力矩中心旋转,大小是力乘距离,单位是N.mm。它仅 可以应用到表面。

   在应力分析工具面板中单击“力矩”按钮,将弹出图17-21 的界面,其中:
            

  ◆表面:选定零件上的面,作为力矩的施加处。

  ◆方向:可以选定面、棱边、工作轴… 但是,因为目前软 件的反馈显示标记并不是按照经典力学的表述方式(将力矩的弧形箭头轴线放置在力矩中心上),而不能确认在选定某种面的条件下,究竟是怎样的结果。而对于棱边、工作轴,则可以确定,是将力矩 的转动中心线放在所选线上。

  ◆方向后边的“反转力矩”按钮,确定了力矩的旋转方向。

  ◆大小:设置力矩的大小。目前还不知道怎样改变单位,因 为N.m而不是N.mm才是机械设计中常用的力矩单位。所以,需要将单位做转化计算,才能正确输入。

  ◆〉〉 :使用坐标系,确定各轴上的力矩大小。参见17-006.IPT的工况和分析结果。

   ◆应用提示:
   力矩被加载后,有这么一个潜规则:力矩被施加到所选表面上,力矩的中心(作用点)是所选表面的几何中心而不是力矩图标指示 的位置。在应力分析环境下,力矩的图标没有放在力矩的中心上,而是被放在了鼠标点选的位置。由此看来,这不符合经典力学的表 达方式。为了证明这一点,读者可以参考17-006a.IPT。在这个例子中,模型的两头(红色面)被固定,在上表面上添加了力矩,而力矩图标的位置远远偏离了上表 面的中心。如果力矩的作用点不是在上表面的几何中心上,其变形结果不会是这样一个对称的S形状。参见图17-22所示。
        

   若不想把力矩中心加到面的几何中心上,而要添加到自己需要的位置上,就只有通过另外的方法来做。这个方法和添加力的作用区域很相似。也是到零件环境下做草图,使用“分割”命令,分 割出力矩的作用区域,而力矩中心就是这个区域的几何中心。详细的操作方法参见006.AVI。结果 参见图17-23与文件17-006b.IPT。
        

     4.5 关于“体积载荷”BodyLoads

   这个功能是在“重力和加速度”作用下,作用于 物体的每一点上的力,属于体载荷。零件可以仅受重力,也可以兼受重力和运动加速度产生的力。

  在应力分析工具面板中单击“体积载荷”按钮, 将弹出图17-24的界面,其中:
       

  ◆地球标准重力:这个栏目中有两个设置,方向和大小。方向仍旧是基础坐标系坐标轴的方向。参见17-007.IPT的工况和分析结果。

  ◆加速度:设置是否“启用”加速度的影响, 如果启用,就设置“方向”和“大小”,单位是“m/s2”。参见17-008.IPT的工况和分析结果。

  ◆旋转速度:应当是“转动角速度”,设置是否 “启用”角速度的影响,如果启用,就设置“方向” 和“大小”,单位是“度/秒”。

   参见17-009.IPT的工况和分析结果。

     4.6 关于“固定约束”FixedConstraint

   这是确定模型上的什么结构是“固定”的部分,没有固定部分, 就不可能施加作用力,也就不可能有应力和应变。

   在应力分析工具面板中单击“固定约束”按钮,将弹出图17-25 的界面,其中:
           

  ◆位置:选定零件上的面、棱边或者顶点。

  ◆使用分量:按原始坐标系的方向,描述固定约束。
   下面将做一个例子来演示“使用分量”的作用。

   首先打开文件17-010.IPT,在黄色面添加固定约束1(不使用分量)。在红色面添加固定约束2(使用分量),将Y、Z两项勾选,值都为0mm,不勾选X项。在蓝色面添加100N的“力”。应力分析后的结果见图17-26。 然后打开文件17-010a.IPT,与文件17-010.IPT不同的是,固定约束2勾选了X项,并将其值设为0.5mm。应力分析后的结果见图17-27。
   

   由图17-26可以看出,因为将Y、Z方向约束而没有约束X方向,使得模型向X方向变形,变 形量为1.2872mm。而对于图17-27,由于将X方向约束,并将其值设置为0.5mm,使得模型只能向 X方向变形0.5mm。

     4.7 关于“销约束”Pinconstraint

   这个功能的名称不准确,应当是“轴承约束”。这个约束只能 添加到圆柱面上,可以限制圆柱体径向、轴向、切向的运动。实际 情况是:一般径向一定要固定(否则圆柱体将会变粗或变细,这样 就不是轴承约束了)而选择释放轴向或是切向的约束。参见图17-28。
          
   若不勾选“固定轴向”圆柱体将会沿轴向变形(拉长或压缩);若不勾选“固定切向”圆柱体将会沿切线方向扭转变形。参见17-011.IPT的工况和分析结果。

     4.8 关于“无摩擦约束”Frictionlessconstraint

   无摩擦约束可以应用于表面。当无摩擦约束应用于表面后,可 以使模型在表面的切向方向上自由变形,而在表面的法线方向上将 不会变形。参见图17-29。
           

   参见17-012.IPT的工况和分析结果。

     4.9 应力分析的方案设置

  在“应力分析”工具面板中点击“应力分析设置”,将弹出相关界面(见图17-30),其中:
              

  ◆分析类型:目前支持的方式是“应力分析”、“模态分析” 和“两者”。其中“模态分析”是做零件的自振频率特性的分析(后边有专门的段落);而所谓“两者”,是设置上述两种分析都进行。

  ◆网络控制:设置网络划分的类型。“优化窄线模型”是专 门针对钣金零件。选择此类型后,将不对钣金厚度方向划分网格。 参见图17-31。
  

  ◆网格相关性:移动滑块设置网格的密度。

   默认为0的网格会兼顾求解时间和结果的精度;较大的设置 参数,会得到更密集的网格,计算精度更高,耗时也将更长,适合于最后确认的分析;较小的设置参数,会得到更稀疏的网格, 求解快,但会降低结果精度,适合于粗略分析的条件下。

  ◆结果收敛:若选择此项,Inventor会进行多次优化计算, 并且网格的划分逐渐密集。直到某次的结果与上次求解结果的误差不超过10%,Inventor将会停止计算,将此次计算结果最为最 终的结果显示出来。这是快速接近最佳结果的方法,但也会消耗比较多的时间。

  ◆预览网格:察看现有参数下的网格划分结果.

     4.10 启动应力分析计算

   在加载完分析所需要的条件之后,即可投入分析计算。在工具栏上点击“应力分析更新”按钮,即可启动分析计算功能,并按前边设置的参数和选定的方案进行计算处理…

   进行过程中,将显示“ANSYS方案状态”提示框,并实时显示处理的进度和内容,计算完成后,将显示结果的图形表达。

     4.11 相关工具条

   进入分析环境,相关工具条也会跟随关联显示,参见图17-32,其中从右向左分别是:
     

  ◆变形样式:这是设置在结果图形显示的时候,对变形的夸张系数。

   其中“未变形”和“实际值”是未经夸张处理的,而“xx:xx自动”则是经过 夸张处理的结果,比例越大,夸张也越强烈。参见图17-33。
            

  ◆最小结果、最大结果:这是两个开关,分别设置最小结果和最 大结果的标记和文字是否显示在模型上。

  ◆边界条件:这是一个开关,设置所有的作用力标记是否在模型中显示。

  ◆元素可见性:这是一个开关,设置模型上被划分的网格是否显示。

  ◆显示设置:展开列表,可见三种设置。“无轮廓”是不显示结 果表达的彩色云图;“阶梯式轮廓”是显示分级彩色云图;而“平滑轮廓”则是彩色云图在相邻级别之间,使用渐变色过渡。因此这里的“轮廓” 应该翻译成“彩色云图”。参见图17-34。
             

     4.12 结果表达

   在传统的力学实验中,有一种利用光学现象作模型应力分析的方法,这就是“光弹性法”。   在这种实验中,零件被用一种具有双折射特性的透明材料制造,例如环氧树脂、聚碳酸酯等。将实验零件放置在偏振光场之中,按实际工 况成比例地加载真实的约束和载荷,会在模型上看到“干涉条纹”。这些条纹的形状和密度,可以直接显示出零件内部应力的分布状态,并因此察觉到应力集中的危险位置、以及应力极小的在受力上的无用结构。

   在使用软件进行同类分析的时候,其结果现象当然要与上述结果相 一致,这是软件功能的原形,所以我们看到的分析结果也是由条纹组成的“云纹”。
   但是,这个结果的表达方式已经比传统方法好了许多,例如云纹色彩可以控制,以便造成更为醒目的结果(参见图 17-35);而试验模型可以直接使用设计模型…
                

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