SolidWorks Simulation 有限元分析實例練習(26):動態分析

本文將研究一根彎管受到450N的瞬態載荷時的動態響應。在進行動態分析之前,我們分析一次靜態算例,以驗證靜態應力是低于材料屈服強度的。最后我們將研究不同載荷加載速度下,彎管的動態響應。

方法:

1.首先我們創建一個靜態算例。

2.定義殼體為“粗厚”類型,厚度為4mm,材料與solidworks模型保持一致,即普通碳鋼。同時將3個實體設置為“不包括在分析中”。

3.定義載荷,在彎管的如下圖所示的面上施加450N的力,選定的方向為Right基準面。

4.將彎管的底部設置為固定幾何體,如下圖所示。

5.劃分網格。

6.運行算例。我們可以得到如下圖所示的位移結果,可以看到彎管頂部最大位移為1.84mm。

最大應力為43.9MPa,遠小于普通碳鋼的屈服強度220.6MPa。

在進行動態分析之前,我們最好進行一次頻率分析。自然頻率和振動模式在結構特征中是非常重要的,它們可以提供一些預見性的信息。

7.新建一個頻率分析算例。

8.將靜態分析算例中的殼體定義、夾具和網格拖入到此頻率分析算例中。運行完算例之后,我們就可以獲取這個模型的前5個自然頻率,如下圖所示。

注意到自然頻率的最大周期約為0.04S,最小周期為0.003S,這兩個值很重要。

接下來我們開始進行動態分析。動態分析的載荷加載情況分為兩種,一種是載荷在0.5S內從0緩慢上升到450N,令一種為載荷在0.05S內由0上升到450N。

9.新建一個線性動力算例并點擊“模態時間歷史”,名稱為slow force。

10.將靜態算例中的殼體定義、夾具、載荷和網格拖入到此算例中。

11.編輯力,勾選“曲線”,點擊編輯。

輸入曲線名稱為slow,按照下圖設置數據。(點擊序號即可插入新的行)

12.設置算例屬性。點擊算例“slow force”鼠標右鍵選擇“屬性”,在頻率選項中設置頻率數為5。

13.點擊“動態選項”,設置時間增量為0.0003,即自然頻率的最小周期0.003的十分之一。

14.右鍵單擊“結果選項”,按照下圖所示的順序進行設置。在步驟號的結束中輸入3500,增量設置為10(每隔10次計算保存一次結果),因為1/0.0003約等于3334個增量,所以這里取增量為3500。

運行算例,我們可以得到如下圖所示的結果。我們可以看到彎管的最大變形為1.81,和靜態算例中非常接近。原因是載荷加載的速度很緩慢,這也是靜態分析最基本的假設之一。

15.點擊“結果”文件夾選擇“瞬態傳感器圖表”,按照如下圖所示進行設置。

我們可以得到彎管發生了持續振蕩,由于沒有阻尼,所以振蕩將不會衰減。由于存在振動和每隔10次計算保存一次計算結果,因此最后一步的最大位移不一定是所有時間步的最大位移。

16.如何求出整個過程中的最大變形呢?

編輯定義位移圖解,按照下圖所示即可得到。

我們可以看到所有保存的計算結果中的最大位移為1.84和靜態算例非常接近。

17.接下來我們復制slow force算例,創建一個線性動態算例,名稱為fast force。

18.編輯力,如下圖所示,載荷在0.05S內由0上升到450N。

19.運行算例。我們可以得到最后一個時間步彎管對應的最大變形為1.59mm。

20.按照步驟16的操作,顯示所有保存的計算結果中的最大變形,從下圖可知,最大變形量為2.25mm。

21.生成末端位移圖解,我們可以看到振蕩幅度明顯提高。

從上面的計算中可知:緩慢加載載荷的動態分析的結果非常解決靜態分析的結果,這也驗證了靜態分析的基本假設,即作用力必須隨時間緩慢加載,以減少慣性力的影響。快速加載載荷,得到的分析結果和前面的分析完全不同,這是由慣性效果導致。

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  • 本文由 發表于 2021年4月27日23:36:32
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