带孔平板的线性静力分析

带孔平板的线性静力分析

本示例将对一个给定的带孔平板几何模型创建有限元模型、施加边界条件、进行有限元分析并在HyperView中观察受载平板的变形和应力结果。

本示例包括以下步骤：

? 在HyperMesh中建立有限元模型 ? 施加载荷和边界条件 ? 求解 ? 观察结果

1．在HyperMesh中建立有限元模型 （1）载入OptiStruct用户界面并打开模型文件 1）启动HyperMesh。

2）在User Profile对话框中选择OptiStruct，点击OK。

这就加载了OptiStruct用户界面，它包括OptiStruct模板、宏菜单等。简化了与OptiStruct使用相关的HyperMesh功能。

User Profiles…可以从下拉式菜单中的Preferences中进入。 3）在工具条选择按钮弹出Open file…窗口。

4）选择plate_hole.hm文件，模型位于/tutorials/os/。 5）点击Open。

plate_hole.hm的数据被载入当前的HyperMesh中，替代了原有的数据。数据仅包含几何。

注意此时plate_hole.hm的路径显示在file:文本框中。 6）点击Return。

（2）定义材料属性、单元属性卡片及component 1）点击

定义材料。

。

2）在面板左边选择create子面板。 ３）点击name =并输入steel。

４）点击card image =并从弹出菜单中选择MAT1

５）点击create/edit。

弹出MAT1 的卡片信息。

如果括号中的量下面没有值，表示其处于关闭状态。要改变该状态，点击括号中的量，

其下会出现输入框。点击输入框输入数值即可。

对选项E输入2e5，对NU输入0.3，对Rho输入7.9e-09。

６） 点击 return。

这就创建了一个新材料属性steel，该材料属性属于各向同性材料模型MAT1。该材料的杨氏弹性模量（Young's Modulus）为2E+05，泊松比（Poisson's Ratio）为0.3。仅进行静力分析不需要密度值，但其他求解过程需要用到材料密度值。

可以通过模型树的鼠标右键功能编辑修改。 ７）点击

创建一个属性卡片。

８） 点击 name = 并输入 pshell。

９） 点击card image =并从弹出菜单中选择PSHELL。 1０）点击material =并选择steel。 1１）点击create/edit。

弹出PSHELL 的卡片属性card image。 1２）点击Ｔ，输入厚度10。 1３）点击return。

这就创建了一个新的壳单元属性卡片，材料属性为steel中，单元厚度值为10mm，并指定了颜色。可以通过模型树的鼠标右键功能编辑修改。

14）点击return返回主菜单。 15) 点击

创建component.

16) 点击 name = 并输入 shells。

17) 设置颜色，点击property,选择属性pshell。 （3）网格划分

利用automesh面板创建四边形单元，名为shells的component刚刚被创建，它是当前的component，生成的单元将放在这个component中。

1）在2D页面上选择automesh面板。

2）如果surfs 不是默认选项，点击entity selection开关并选择surfs。 3）点击surfs并从弹出菜单中选择displayed。 4）点击mesh。

5）为elem size =输入40。 6）点击recalc all。

注意在图形区边界的节点是如何调整的。 7） 在面板左边选择mesh style子面板。

8）点击elem type:开关并从弹出菜单中选择quads。

9）点击set all（在elem type:中）。 此时该表面将划分为四边形网格。

10）点击mesh method:并从弹出菜单中选择autodecide。 11）在mesh method:中点击set all。 网格将按最优的运算法则自动调整。 12）点击mesh。

13）网格的创建取决于曲面边界的节点密度、运算法则和所选的网格类型。生成的网格如图4-1所示。

图4-1在automesh 面板中创建的四边形网格（单元大小为40mm）

14）点击return。

这一步将网格保存在当前的component（shells）中。 15）点击return返回主菜单。 2．施加载荷和边界条件

在这一节中，模型将施加以下载荷和边界条件：四条外边界中的两相对边不能移动，另外两边没有约束。在孔的边界沿Z轴的正方向施加共1000N的力。

（1）创建载荷集（spcs和forces） 1）点击

创建载荷集。

2） 在面板左边选择create子面板。

3） 点击 name = 并输入spcs。

4）点击color并从调色板中选择一种颜色。

6）点击向下箭头开关并从弹出菜单中选择no card image。 7）点击create。 创建了新的载荷集spcs。

8） 点击 name = 并输入forces。

9）点击color并选择另一种颜色。 10） 点击create。 创建了新的载荷集forces。 11）点击return返回主菜单。 （2）创建约束

1）点击右下角条形按钮。打开了一个新窗口，通过它设置当前的load collectors。或者通过模型树上鼠标右键功能选择。

2）与1同样的窗口下，点击loadcol并从载荷集中选择spcs。 3）从Analysis页面选择constraints面板。 4） 在面板左边选择create子面板。

5） 点击entity selection开关并从弹出菜单中选择nodes。 6）点击nodes并从弹出的entity selection菜单中选择by window。 7）在图形区域拖拽一个窗口包围所选节点，如图4-2所示。 窗口是多边形，鼠标每点击一次创建一个顶点。

图4-2 需施加约束的节点

8）点击窗口内部（interior）并点击select entities。

9）约束dof1, dof2, dof3, dof4, dof5, 和 dof6。

被激活的Dofs表示该自由度被约束，没有激活表示该自由度保持自由。 Dofs 1，2和3表示沿x, y, z方向的平动自由度。 Dofs4，5和6表示绕x, y, z方向的旋转自由度。 10）点击create。 对所选节点施加了约束。 11）点击return返回主菜单。 （3）对孔上的节点施加载荷。

1）点击右下角条形按钮。打开了一个新窗口，将forces设置成当前载荷集。或者通过

模型树上鼠标右键功能选择。

2）在Analysis页面中选择forces面板。 3） 在面板左边选择create子面板。

4） 点击黄色开关前向下箭头并从弹出菜单中选择nodes。

5）点击nodes黄色开关并从弹出的entity selection菜单中选择by window。 6）在图形区域拖拽一个窗口包围所选节点。 这个窗口是多边形，鼠标每点击一次创建一个顶点。 图4-3显示了应选节点。

图4-3 在孔上施加了载荷的节点

7） 点击窗口内部并点击select entities。

8）点击nodes并从entity selection菜单中选择save。 9）点击return退出forces面板。

10）在Tool页面上选择count面板。 11） 在面板左边选择model子面板。

12）点击黄色开关前向下箭头并从弹出菜单中选择nodes。 13）点击nodes并从弹出的entity selection菜单中选择retrieve。 14）重新得到了刚保存在forces面板中的节点。 15）点击selected。

这样就计算了孔上节点的数目。 16）记录节点数目。

17） 点击return退出count面板。

18） 在Analysis页面中选择forces面板。

19） 点击nodes并从弹出的entity selection菜单中选择retrieve。 20）设置坐标系为global system）。

21）点击vector definition开关并选择constant vector。

22）点击magnitude =并输入数值使得孔上节点的总载荷为1000，即1000除以圆孔一周的节点数。

23）在magnitude =下面点击direction definition开关，并从弹出菜单中选择z-axis。

24）点击create。

对孔上的节点创建了一系列节点力并给定了Z方向的大小。 25） 点击 return 返回主菜单。

（4）创建OptiStruct的载荷工况（即载荷步） 1） 在Analysis页面中选择loadstep面板。 2）点击name =并输入lateral force。 3）点击type:开关，选择linear static。 4）选中SPC前面的复选框。 SPC右面出现等号按钮

6）点击等号按钮并从load collectors中选择SPC。 7） 选中LOAD前面的复选框。 LOAD右面出现等号按钮。

8） 点击等号按钮并从load collectors中选择forces。 9）点击create。

创建了OptiStruct一个工况，该工况引用了load collectors中的约束SPCS和载荷forces。

10） 点击 return 返回主菜单。 3．求解

（1）运行OptiStruct

1） 在Analysis页面中选择 OptiStruct 面板。 2）在input file:后面点击save as…。 弹出save files…窗口。

3）为OptiStruct模型文件选择路径并在File name:中输入模型文件名plate_hole.fem。 OptiStruct支持以.fem为扩展名的文件。 4）点击Save。

注意plate_hole.fem文件的名称和路径在input file: 文本框中显示。 5）设置memory options:为memory default。 6）点击run options:开关并选择analysis。 7）设置export options:为all。 8）点击OptiStruct。

这就运行了OptiStruct，如果运行成功，在plate_hole.fem所在路径下将出现新的结果文件。plate_hole.out文件可以用于查找错误信息，如果出现错误，这些信息将有助于调试。

4．察看结果与后处理

OptiStruct默认输出线性静力分析的位移（Displacement）和应力（Stress）结果。 本部分描述如何在HyperView中察看这些结果。

HyperView是一个完整的后处理软件和可视化环境，用于处理有限元分析（FEA）、多体系统仿真、视频和工程数据。

（1）察看应力云图

1）当命令窗口信息进程显示成功完成时，点击HyperView（位于OptiStruct面板）。 HyperView启动并加载结果，弹出信息窗口通知模型和结果文件成功载入HyperView中。

2）点击Close关闭信息窗口。 3）点击工具条按钮Contour

。

4）在Result type:下选择Element Stresses [2D & 3D] (t)。 5） 在Result type:下选择vonMises。

6）在Averaging method:）下面选择None。 7）点击Apply。

出现von Mises应力的云图。模型中的每一个单元分配一种颜色，表示该单元在所施加的载荷和边界条件下产生的应力值。

8）在右下方的view controls（视角控件）中点击Top以察看模型，如图4-4所示：

图4-4 von Mises 应力云图

最大应力值是多少？

最大应力出现在模型的什么位置？ 将边界条件作用于模型有没有意义？ （2）察看位移云图

1）在Result type:下选择Displacement (v)。 2） 在Result type:下选择Mag。 3）点击Apply。

显示在所施加的载荷和边界条件下的位移云图。 最大位移值是多少？

最大位移出现在模型的什么位置？ 将边界条件作用于模型有没有意义？ （3）察看变形图

1）在右下方的view controls中点击Iso，显示模型的等角视图。 2）点击Deformed工具条按钮

。

3）设置Result type:为Displacement(v)，Scale:为Scale factor，Type:为Uniform。 4）将value设为500。

这意味着最大的位移为500个模型单位，其他所有的位移都相应的进行缩放。 5）将Show:设为Wireframe。 6）点击Apply。

出现包含位移云图的变形图，覆盖在原有未变形的网格上。图4-5为其等角视图。

图4-5 变形图的等角视图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dw6f.html