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<install_directory>/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component1）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MAT1５）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OptiStruct1）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）。