Cero有限元分析

单击下面的来收听音频版本(00:23):材料和Simulate几何特征模块概述:在此模块中，您将学习如何定义材料和Simulate几何特征。目标:成功完成此模块后，您将能够：•定义线性弹性材料。•定义Simulate模型几何。单击下面的来收听音频版本(02:02):概念:定义线性弹性材料定义线性弹性材料Simulate使您能够定义各种材料类型。•各向同性的o线性o超弹性o弹塑性•正交各向异性•横向同性在本课程中，我们只处理线性弹性材料和各向同性材料。Simulate可使用在CreoParametric中定义的材料。在该处，可输入计算所需的所有材料数据。另外，在Simulate中可定义更多的材料并将其存储在相同的库中或模型本身(零件或装配)。在Simulate中定义和分配的材料将覆盖CreoParametric中定义的零件材料。要定义线性各向同性材料：•从库中选择一种材料，或者创建一种新材料。图1-材料选择•将材料属性描述为温度的函数或参数。o泊松比、弹性模量、E和热膨胀系数、CTE和热导率均可定义为温度的函数。o所有材料属性均可定义为参数。稍后，可通过设计研究更改并优化它们。要创建设计参数，请选择特定材料值并把它连接到以前在CreoParametric中定义的参数，或者创建一个新参数。图2-材料定义图3-材料方向•将材料应用于零件或体积块区域。在理想情况下，直接参考它们中的材料(例如，梁、壳)。CreoParametric、Direct和Simulate将材料保存在用config.pro选项pro_material_dir所定义位置处的*.mat文件中。转换到旧独立模式时检查材料的单位系统(只在Simulate嵌入模式下可行)。单击下面的来收听音频版本(02:02):概念:定义线性弹性材料定义线性弹性材料Simulate使您能够定义各种材料类型。•各向同性的o线性o超弹性o弹塑性•正交各向异性•横向同性在本课程中，我们只处理线性弹性材料和各向同性材料。Simulate可使用在CreoParametric中定义的材料。在该处，可输入计算所需的所有材料数据。另外，在Simulate中可定义更多的材料并将其存储在相同的库中或模型本身(零件或装配)。在Simulate中定义和分配的材料将覆盖CreoParametric中定义的零件材料。要定义线性各向同性材料：•从库中选择一种材料，或者创建一种新材料。图1-材料选择•将材料属性描述为温度的函数或参数。o泊松比、弹性模量、E和热膨胀系数、CTE和热导率均可定义为温度的函数。o所有材料属性均可定义为参数。稍后，可通过设计研究更改并优化它们。要创建设计参数，请选择特定材料值并把它连接到以前在CreoParametric中定义的参数，或者创建一个新参数。图2-材料定义图3-材料方向•将材料应用于零件或体积块区域。在理想情况下，直接参考它们中的材料(例如，梁、壳)。CreoParametric、Direct和Simulate将材料保存在用config.pro选项pro_material_dir所定义位置处的*.mat文件中。转换到旧独立模式时检查材料的单位系统(只在Simulate嵌入模式下可行)。单击下面的来收听音频版本(02:44):概念:定义Simulate模型几何定义Simulate模型几何使用Simulate创建在使用Simulate时只显示在模型树中的基准和模型几何。最重要的包括用户定义的笛卡尔坐标系、圆柱坐标系和球坐标系，以及曲面区域或体积块区域。将曲面细分到曲面区域或将体积块细分到体积块区域是创建载荷和约束的参考或细化的网格的有效工具。它们作为测量、壳和刚性链接或受力链接的参考也非常有用。可创建以下基准和模型几何：•点-与在CreoParametric中创建点类似。如果创建的点不依赖于任何其他模拟基准，便可移入CreoParametric模型树。图1-基准点工具•基准曲线或基准平面-创建基准曲线和基准平面。AutoGEM会将曲线、样条或草绘考虑在内。图2-基准平面工具•坐标系-Simulate中的坐标系不同于CreoParametric中的坐标系。不仅允许笛卡尔坐标系，还允许圆柱和球形坐标系。这些可由载荷、约束、函数、测量和材料方向用作参考，也可在后处理器中用作参考。定义测量和载荷等内容时，默认情况下，它们参考活动坐标系。图3-坐标系工具•曲面区域-它们可用于细分现有曲面，以及来自体积块区域的体积块中的曲面，以确保载荷或约束可被精确放置或强制实施特殊的局域网格。•体积块区域-此类区域可细分零件体积块并创建可用作参考的曲面。体积块区域可具有不同的材料，并且AutoGEM可将它们的所有边界均考虑在内。使用“网络曲面”(MeshSurface)命令检查定义的区域。这会在选定的曲面上创建一组栅格线。曲面区域的草绘不一定要位于待细分的曲面上；它也可以投影到曲面上。使用体积块区域或曲面区域在圆柱曲面的部分区域创建载荷或约束。否则，整个圆周区域将默认呈选定状态。单击下面的来收听音频版本(00:30):高级分析模块概述:在此模块中，您将学习CreoSimulate中的高级静态、动态和失稳分析特征。目标:成功完成此模块后，您将能够：•了解预应力静态分析。•了解模态分析。•了解动态分析。•了解线性失稳分析。•了解非线性稳定性分析。单击下面的来收听音频版本(04:51):概念:了解预应力静态分析了解预应力静态分析预应力静态分析会考虑拉伸预应力所引起的应力加固，或压缩预应力所引起的软化。此分析需要两个后续分析。其中一种分析定义受预应力后的状态，另一种分析定义操作载荷。与在大变形分析(LDA)中不同，这两种分析均为线性分析。载荷始终施加在未变形结构上，并且不执行任何迭代过程。在预应力静态分析中，Simulate对图1中所示的线性方程进行求解。图1-静态预应力分析线性方程使用的变量如下所述：•|K|=弹性刚度矩阵(通过无载荷几何和所使用的材料确定)。•|Kσ|=应力刚度矩阵(与先前线性静态分析中所施加的载荷矢量Fp所创建的应力线性相关)。各元素中的每个集成点均通过先前静态分析的应力状态来执行刚度计算。在先前的线性静态分析中不需要提供应力，因为会根据先前的解对其进行重新计算。•x=位移矢量。•F=力矢量(定义受力矢量Fp施加的预应力的结构上的操作载荷)。线性静态分析中载荷的线性叠加不再有效时，可使用此分析。结构为细长状或薄壁以及受到高度拉伸或压缩预应力时，即属于此种情况。拉伸预应力会增加所生成的刚度，而压缩预应力会减小所生成的刚度。以下是使用静态预应力分析时要考虑的限制：•应力刚度Kσ的计算方法与线性失稳分析相同。不需要考虑任何大变形刚度KL；我们有小位移的线性分析。•只能在Simulate的3D模型中使用预应力静态分析，不支持SPA。•预应力静态分析中所计算的测量结果不包括先前静态分析中的贡献度。定义选项图2所示的“预应力静态分析定义”对话框可用于定义预应力静态分析。图2-“预应力静态分析定义”对话框以下是定义预应力静态分析时一些重要的选项：•“使用来自前一设计研究的静态分析结果”(Usestaticanalysisresultsfrompreviousdesignstudy)选项使您能够读取先前的静态结果而不是新执行的结果。您可以检查预应力影响，而不必返回不同载荷级别的先前静态分析。•在“载荷比例因子”(LoadScaleFactor)字段中，可键入载荷缩放因子，该因子将与先前静态分析的解相乘，用于计算应力和应力刚度。如果先前静态分析中的载荷大小发生变化，您不必对其进行重新定义。•如果选中“将结果与前一静态分析的结果组合”(CombineResultswithResultsfromPreviousStaticAnalysis)选项，则先前静态分析的位移和应力将与实际预应力分析结果相加。如果不选择此选项，则可分别检查这两种结果。预应力静态分析中的应力输出与其他分析不同，在预应力静态分析中，不输出任何超收敛应力，只输出原始应力。因此，可能需要稍高的p级和更好的网格质量，才能达到相同的精度。与其他分析不同，在后处理器中，可在平均原始应力结果与非平均原始应力结果之间进行选择。可使用预应力分析来演示初始(或预应力)载荷与最终生成的位移和应力之间的非线性关系。但是，对于给定的预应力级别，仍会保留所施加的操作载荷与所生成的变形和应力之间的线性关系。请注意，如果预应力载荷为压缩载荷且超过临界失稳载荷，则预应力静态分析可能会失败，并发出一条错误消息，指明约束不足。这意味着失稳载荷因子≤1。单击下面的来收听音频版本(04:02):概念:了解“使用预应力的模态分析”了解“使用预应力的模态分析”“使用预应力的模态分析”会考虑拉伸预应力所引起的结构的应力加固，或者压缩预应力所引起的软化，它们会导致结构自然频率的变化。此分析需要两个后续分析。定义预应力状态的线性静态分析和预应力模态分析本身。在预应力模态分析中，Simulate对图1中所示的线性方程进行求解。图1-模态预应力分析线性方程使用的变量如下所述：•|K|=弹性刚度矩阵(通过无载荷几何和所使用的材料确定)。•|Kσ|=应力刚度矩阵(与先前线性静态分析中所施加的载荷矢量Fp所创建的应力线性相关)。各元素中的每个集成点均通过先前静态分析的应力状态来执行刚度计算。•|M|=质量矩阵•x(t)=位移矢量如果在大的预拉伸情况下，例如离心载荷下旋转的叶轮机叶片，或者细长型结构(如受到预应力作用的绳索)，预期加固和生成的基本频率会增加，可使用此分析。在高旋转速度下的旋转叶轮机叶片这一示例中，存在一种称作旋转软化的效应，它在某种程度上抵消了预应力加固。旋转主体的振动会引起相对的圆周运动，从而会改变离心载荷的方向，反过来，这也会使结构变得不稳定。小偏转分析不能直接解释几何中的变化；可通过刚度矩阵的调节(称为旋转软化)来解释此效应，但是当前Simulate不支持此功能。以下是使用预应力模态分析时要考虑的限制：•应力刚度Kσ的计算方法与线性失稳分析相同。不需要考虑任何大变形刚度KL；它是小位移的线性分析。•预应力模态分析只能用于3D模型。•与预应力静态分析不同，先前静态分析中的位移和应力不能添加到预应力模态分析结果中。•预应力模态分析的结果可用于后续的动态分析，但请注意，先前静态分析中的位移和应力未添加到动态分析的结果中。请注意，如果预应力载荷为压缩且超过临界失稳载荷，则预应力模态分析可能会失败，并发出一条错误消息，提示约束不足。这意味着失稳载荷因子≤1。压缩应力会减小结构的自然频率。定义选项图2所示的“预应力模态分析定义”对话框可用于定义预应力模态分析。图2-“预应力模态分析定义”对话框以下是定义预应力静态分析时一些重要的选项：•“使用来自前一设计研究的静态分析结果”(Usestaticanalysisresultsfrompreviousdesignstudy)选项使您能够读取先前的静态结果而不是新执行的结果。您可以检查预应力影响，而不必返回不同载荷级别的先前静态分析。•在“载荷集”(LoadSet)字段中，可键入载荷缩放因子，该因子将与先前静态分析的解相乘，用于计算应力刚度。如果先前静态分析中的载荷大小发生变化，您不必对其进行重新定义。单击下面的来收听音频版本(03:58):概念:了解动态分析了解动态分析如果载荷无法视为准静态，则Simulate可在模态叠加法的基础上解决特定动态问题，其阻尼先是被忽略，随后应用为模态阻尼。与整个问题的直接时间解决方案相比，这样能够节约大量资源。一般会使用图1所示的方程描述动态系统。图1-动态系统方程非复杂模态分析首先忽略阻尼矩阵C，然后使用有限数量的N模式求解图2所示的特征值方程。图2-非复杂动态模型为此，原始系统从物理空间变换为模态空间。N系统产生的N要小得多，而且可在时间或频率域中快速求解。如果[C]为0，则系统为非耦合。如果[C]较小，最好忽略[C]，形成非耦合系统，然后使用图3中的方程将模态阻尼应用于该系统。在此系统中，β等于关键阻