2.2 “算例”类型

Simulation提供以下算例类型。

2.2.1 静态（应力）算例

静态算例计算位移、反作用力、应变、应力和安全系数分布。在应力超过一定水平的位置，材料将失效。安全系数计算基于失效准则，Simulation提供了四种失效准则。

静态算例可以帮助避免材料因高应力而失效，安全系数低于1即表示材料失效。相邻区域中安全系数较大即表明应力较低，用户可以从该区域中取走部分材料，例如减小厚度以节约材料。

2.2.2 频率算例

当实体在静止状态受到干扰时，通常会以一定频率振动，这一频率也称作“固有频率”或“共振频率”。最低的“固有频率”称作“基础频率”。对于每个固有频率，实体都呈一定的形状，也称作“模式形状”。频率分析就是计算固有频率和相关模式形状。

理论上，实体具有无限个模式。对于有限元分析，理论上，有多少个自由度（DOF），就有多少个模式，但在大多数情况下，只考虑其中一部分模式。

如果实体承担的是动态载荷，且载荷以其中一个固有频率振动，则会发生过度反应。这种现象就称为共振。例如，如果一辆汽车的一个轮胎失去平衡，则在一定速度下，由于共振现象，这辆汽车会发生剧烈摇摆。而以其他速度行使时，这种摇摆现象就会减轻或消失。另一个范例是高音（如歌剧演唱者的声音）可能会导致玻璃杯震碎。

频率分析可帮助用户避免由于共振造成的过度应力而导致失效，它还提供了有关如何解决动态反应问题的信息。

2.2.3 扭曲（屈曲）算例

扭曲指的是由于轴载荷突然产生的大型位移。对于承载轴载荷的细长结构而言，即使载荷低于导致材料失效所需的载荷水平，仍可能由于扭曲而失效。在不同载荷水平作用下，扭曲可能以不同的模式发生。在很多情况下，只考虑最低的扭曲载荷。扭曲算例可以帮助避免材料因扭曲而失效。

2.2.4 热力算例

热力算例根据热的产生、传导、对流及辐射条件计算温度、温度梯度和热流。热力算例可帮助避免与需要不符的热力条件，例如过热和熔化。

2.2.5 跌落测试算例

跌落测试算例评估零件或装配体跌落在硬地板或柔性地板上的效应。

除引力外，还可以指定跌落距离或撞击时的速度。

通过显性积分方法解出动态问题为时间的函数，使用小的时间增量，使显性方法速度更快。由于分析过程中可能产生大量的信息，程序将以一定的时间间隔在指定的位置保存结果，然后运行分析。

完成分析之后，可以绘制有关位移、速度、加速度、应变和应力的图表。

2.2.6 疲劳算例

即便使用的应力比材料所允许的应力极限要小很多，但是在一段时间内反复加载应力后也会削弱物体的性能，即材料性能发生疲劳。

在某一位置发生疲劳所需的周期数取决于材料和应力波动。对于特定材料而言，这些信息由曲线（称为“S-N曲线”）给出。曲线描绘了在不同应力水平下导致失效的周期数。疲劳算例根据疲劳事件和“S-N曲线”评估物体的使用寿命。

可以根据应力强度、von Mises应力或最大主要交替应力来进行疲劳计算。

2.2.7 压力容器设计算例

压力容器设计算例会使用线性组合或平方和平方根法（SRSS），以代数方法合并静态算例的结果和所需的因子。每个静态算例都具有不同的一组可以创建相应结果的载荷。这些载荷可以是恒载、（接近于静态载荷）动载、热载、震载等。

2.2.8 优化算例（设计算例）

优化算例根据几何设计自动进行搜索，以获得最佳设计。Simulation配备了一种技术，能够通过最少的运行次数快速检查趋势和确定最佳解。优化算例要求定义以下内容。

●目标。确定算例的目标。例如，最大限度地减少要用的材料。

●设计变量或几何体制约。选择可能更改和设定其范围的尺寸。例如，孔的直径可以在0.5～1.0英寸（1英寸=2.54厘米）之间变化，而草图的拉伸范围可介于2.0～3.0英寸之间。

●约束。设定优化设计必须满足的条件。例如，可以要求应力零部件不超过一定的值，固有频率处在指定的范围内。

使用优化算例（设计算例）可以解决大量问题。

●使用任何Simulation参数或驱动全局变量来定义多个变量。

●使用传感器定义多个约束。

●使用传感器定义多个目标。

●在不使用仿真结果的情况下分析模型。例如，可以通过将装配体的密度和模型尺寸设为变量，体积设为约束，将装配体的质量减至最小。

●通过定义可让实体使用不同材料作为变量的参数，以此评估设计。

生成设计算例可执行优化或评估设计的特定情形。设计算例为优化和估算算例提供统一的工作流程。

通过选择“结果视图”选项卡中的列，可以标绘不同迭代或情形的已更新实体和已计算结果。

2.2.9 子模型算例

在一个大型模型中，经常仅仅需要局部区域的分析结果，运行整个模型将耗费大量的时间和其他资源。

创建“子模型”算例可用以完善大型模型局部区域的结果，而无须重新运行整个模型的分析。完善所选实体的网格，并为子模型重新运行“分析”，可大大节省计算时间。

子模型以St.Venant原理为基础。

St.Venant原理说明：如果应用于边界的载荷未更改为静态对等载荷，则与该载荷保持合理距离的应力不会有太大变化。只有在靠近载荷应用的区域，应力和应变的分布才会改变。

可以切割模型的一部分，细化网格，并仅对选定部分进行分析，条件是必须在切割边界正确地规定位移。如果父算例的位移结果正确，则这些位移可视为子模型算例切割边界处的边界条件。

子模型的边界必须与应力集中区域保持适当的距离。

针对多实体零件或网格相对粗糙的大型装配体，设置并运行“静态”或“非线性静态”算例之后，可定义一组“实体”为子模型。完善子模型中的“实体网格”，可以重新运行算例，改善子模型的结果，无须重新计算剩余模型的结果。

子模型算例源自可用的父算例。创建子模型算例需要满足如下条件。

●算例类型必须是多个实体的“静态”或“非线性静态”算例，并且本身不是子模型算例。

●父算例不能是2D简化算例。

●构成子模型的所选实体，与在切除边界而导致接触压力的未选中的实体，不得存在“无穿透”接触。

●构成子模型的所选实体不得与未选中实体共享接头。例如，如图2-3所示的下管道装配体并不是合适的父模型，零件的子模型通过螺栓连接至未选中第三个零件。

●子模型的切割边界不能切透实体。

●子模型的切割边界不能穿过由横梁接榫或壳体边线定义的接合接触点进行切割。

●子模型切割边界处的接合接触用不兼容网格表示。

定义子模型：从父算例中选择要包括在子模型中的实体。

创建子模型算例：子模型算例从可用的静态或非线性静态算例创建。可以仅细化子模型网格，以获得子模型更精确的结果，而不需要全面分析父模型运行。

2.2.10 非线性算例

在某些情况下，如果线性静态分析的前提条件不适用，线性求解可能会产生错误结果，则可以使用非线性算例来解决问题。

非线性的主要来源有大型位移、非线性材料属性和接触。非线性算例以不断递增和变化的载荷级别和制约来计算位移、反作用力、应变和应力。

非线性分析可以用来解决由材料行为、大型位移和接触条件造成的非线性问题，可以定义静态算例和动态算例进行非线性分析。

注意

2.2.11 线性动力算例

当无法忽略惯性和阻尼效应时，静态算例将不会给出精确的结果。线性动态算例使用固有频率和模式形状来评估结构对动态载荷环境的响应。可以定义以下线性动力算例。

●“模态时间历史算例”，以定义载荷并将响应作为时间的一个函数来评估。

●“谐波算例”，将载荷定义为频率的函数，并评估各种工作频率下的峰值响应。

●“无规则振动算例”，以功率谱密度的形式定义随机载荷，并以各种频率下的总体均方根值或功率谱密度的形式评估响应。

●“响应波谱选项算例”，为承受根据设计波谱描述的特定基准运动的系统估算随时间推移的峰值响应。从可供使用的平面应力、平面应变、拉伸及轴对称选项进行选择。