Solidworks 基础及其教程- 5

Solidworkssimulation仿真教程5.1屈曲分析的基础知识Solidworkssimulation仿真教程第5章 屈曲分析结构体稳定性的分类屈曲分析的应用领域结构体稳定性的分类结构体如零件、飞机、吊车等工作中通常要求处于稳定的工作状态，安全、平稳的为人类服务。通常结构体在空间中的稳定性通常分为三类。稳定平衡当干扰消除后能够恢复到原有的平衡状态，则原有平衡状态称为稳定平衡状态。如表51所示，小球在凹面底部，在外力作用下小球可以来回移动，但移除外力后，小球最终会在凹面底部稳定不移动。结构体稳定性的分类2.不稳定平衡当干扰消除后不能够恢复到原有的平衡状态，则原有平衡状态称为不稳定平衡状态。如图52所示，当小球在凸面的顶端时，任何一个微小的干扰，都会让小球打破现有的平衡位置，突然移向另外的位置。即从一个状态，突然变为另一个状态。结构体稳定性的分类3.随遇平衡当干扰消除后，不能够恢复到原有的平衡状态，但能够在新的状态维持平衡，则原有平衡状态称为随遇平衡状态。如图53所示，小球在推到左右位置后，都处于稳定的状态。结构体稳定性的分类研究结构失稳的最主要方法是结构的屈曲分析。屈曲可以分为线性屈曲和非线性屈曲：1） 线性屈曲（特征值屈曲）。基于小变形和线性弹性假设，求解特征值问题得到临界载荷，控制方程：2） 非线性屈曲（特征值屈曲）。考虑几何非线性（大变形）、材料非线性或初始缺陷（如残余应力、几何缺陷）。通过弧长法（RiksMethod）等追踪载荷-位移路径，得到实际的屈曲载荷。2.屈曲分析的应用领域（1）土木建筑工程（2）航空航天与船舶工程（3）机械与压力容器（4）能源与海洋工程（5）汽车与轨道交通（6）能源电力系统（7）生物医学工程5.2屈曲分析属性设置Solidworkssimulation仿真教程第5章 屈曲分析结构体稳定性的分类在屈曲分析之前，可以进行屈曲分析的选项设置，该设置包括解算器的选择、求解模数等内容。选项名称内容自动解算器选择软件会根据模式数、方程式数、负载实例、网格类型、何特征、接触和接头特征选择租价合适的方程式解算器（IntelDirectSparse或FFEPlus迭代）IntelDirectsparse使用由IntelDirectSparse解算器提供支持的模式提取例行执行屈曲分析。使用默认使用软弹簧选项，使模型稳定添加软弹簧功能，以使不够牢固的模型稳定（扭曲算例）运行。FFEPlus使用FFEPlus迭代解算器执行扭曲分析。5.3实例：易拉罐屈曲分析Solidworkssimulation仿真教程第5章 屈曲分析建立屈曲分析系统屈曲分析系统属性设置添加约束和载荷运行结果建立屈曲分析系统易拉罐是一种薄壁结构，在受到轴向压力和扭矩的情况下很容易变形，那如何确定易拉罐在作用力下是先屈曲，还是先达到塑性变形呢？本实例就分别对易拉罐施加轴向压力和扭矩，用静应力分析和屈曲分析做对比，判断易拉罐的受力和屈曲情况。打开课后文件“屈曲分析-易拉罐”，查看整体模型。建立屈曲分析系统单击①【新算例】菜单栏，在弹出的对话框中单击②【屈曲】进入屈曲分系统，然后单击③将分析系统的名字改为“屈曲分析-易拉罐”，材料选择1060合金，2.屈曲分析系统属性设置鼠标右键单击①【屈曲分析-易拉罐】，在弹出的对话框中单击②【属性】菜单栏，在弹出的菜单栏中单击③【屈曲模式数】，填写模式数为3。屈曲是从模数1开始发现，即结构发生屈曲时，在模数1就已经发生了。后面的模式如模式2、模式3，用于显示在更高级别屈曲时，结构发生屈曲时的形态。2.屈曲分析系统属性设置鼠标右键单击①【屈曲分析-易拉罐】，在弹出的对话框中单击④【壳体管理器】为易拉罐设置厚度。单击⑤【曲面实体】选项分别选择易拉罐的上盖和底座，单击⑥【厚度】选项将厚度设置为0.3mm，也可以底部弹出的【壳管理器】列表中，单击【厚度】选项将值改为0.3mm。用同样的方法将易拉罐的中间管体厚度设置为0.05mm，3.添加约束和载荷鼠标右键单击①【夹具】，在弹出的对话框中单击②【固定几何体】，单击③再单击④【面】选项，选择易拉罐的底面为固定面。鼠标右键单击【外部载荷】选项，在弹出的对话框中选择⑤【力】，在⑥【面】选项中选择易拉罐的上面圆环，在⑦【力值】选项中填入10N的轴向压力。4.运行结果鼠标右键单击①【结果】选项，弹出的对话框中单击②【列举屈曲安全系数】，具体流程图59所示。可以看到本次分析模式1的屈曲安全系数为47.6484.运行结果表5-3所示，安全系数或者载荷因子数值的具体含义。本次结果屈曲安全系数大于1，表明在当前载荷10N的情况下，易拉罐不会发生屈曲行为。易拉罐产生屈曲的实际轴向力等于所施加的压力乘以屈曲安全系数，本次案例施加10N轴向力，则实际的屈曲载荷为10*47.648=476.48N。显然该屈曲载荷是较大的。屈曲安全系数（BFS）/或者载荷因子屈曲状态结果分析BFS>1无屈曲所施加载荷小于临界屈曲载荷估计值0<BFS<1屈曲所施加载荷大于临界屈曲载荷估计值BFS=1屈曲所施加载荷等于临界屈曲载荷估计值BFS=-1无屈曲将载荷方向翻转，就会发生屈曲。如杆上施加一个拉力，BFS为负值-1<BFS<0无屈曲将载荷方向翻转，就会发生屈曲。BFS<-1无屈曲即使将所有载荷方向翻转，也不会发生屈曲4.运行结果先屈曲失效还是先屈服失效呢？在同样边界条件下，进行一次静应力分析进行对比分析。在载荷施加中，施加轴向压力200N，记载流程如图5-11所示，以观察易拉罐的受力情况。4.运行结果分析发现，在200N的载荷下易拉罐已经产生了屈服失效，最大von-Mises应力为44.9MPa，如图512所示，而本次分析采用的1060合金的屈服强度为27.5MPa，显然超过屈服强度。通过比例换算，在118N时，易拉罐就已经达到屈服强度。在线性静压力的载荷下，易拉罐的屈曲载荷为476.48N，而屈曲载荷为118N，显然易拉罐在屈曲之前，就已经屈服了。4.运行结果那易拉罐在扭矩情况下受力如何？是不是更容易变形和屈曲？接下来，做一个只承受扭矩受力情况，观察易拉罐的受力情况。在易拉罐结构、约束和材料属性不变的情况下，施加一个7N﹒m扭矩，如图513所示。在