1、第十章瞬态分析10.1 瞬态分析简介瞬态分析简介 瞬态分析是研究结构在任意随时间变化的载荷作用下系统的动态响应特性，与瞬态分析是研究结构在任意随时间变化的载荷作用下系统的动态响应特性，与静态分析不同，瞬态分析主要考虑随时间变化的载荷、阻尼及惯性的影响，在静态分析不同，瞬态分析主要考虑随时间变化的载荷、阻尼及惯性的影响，在WB 19.0中允许在瞬态分析中包含各类非线性如大变形、接触、塑性等内容。中允许在瞬态分析中包含各类非线性如大变形、接触、塑性等内容。10.1.1 直接法直接法 直接法求解使用稀疏法直接求解方程组，寻找方程组的精确解，该方法相对比较简单，能够直接法求解使用稀疏法直接求解方程组，
2、寻找方程组的精确解，该方法相对比较简单，能够保证有解，但是求解效率较低，耗时较多，占用的磁盘空间也较大，通常不太适合求解复杂保证有解，但是求解效率较低，耗时较多，占用的磁盘空间也较大，通常不太适合求解复杂的大模型。的大模型。10.1.2 迭代法迭代法 迭代法是指基于方程组初始条件采用迭代法是指基于方程组初始条件采用PCG求解器进行迭代计算寻求方程组的收求解器进行迭代计算寻求方程组的收敛解，相比于直接法，迭代法对磁盘的敛解，相比于直接法，迭代法对磁盘的I/O需求更低，占用内存较少，特别适需求更低，占用内存较少，特别适合网格划分良好的大型实体单元模型。合网格划分良好的大型实体单元模型。一般在一般在
3、WB 19.0中进行瞬态分析时，使用软件默认的中进行瞬态分析时，使用软件默认的Program Controlled即可，即可，它能够保证分析模型选用最佳的方法求解。它能够保证分析模型选用最佳的方法求解。10.2 瞬态分析实例瞬态分析实例某回转结构瞬态分析某回转结构瞬态分析 本例以回转臂为研究对象，详细介绍在本例以回转臂为研究对象，详细介绍在WB 19.0中进行瞬态分析的设置方法和过程，为读者学中进行瞬态分析的设置方法和过程，为读者学习掌握瞬态分析模块功能提供指导。习掌握瞬态分析模块功能提供指导。10.2.1 问题描述问题描述 10.2.2 几何建模几何建模 10.2.3 材料属性设置材料属性设
4、置 构件的材料属性值如下：弹性模量构件的材料属性值如下：弹性模量=2e5MPa，泊松比，泊松比=0.3，密度，密度=7.85e3kg/m3。10.2.4 网格划分网格划分 10.2.5 载荷及约束设置载荷及约束设置 10.2.6 求解设置求解设置 10.2.7 结果后处理结果后处理10.3 瞬态分析实例瞬态分析实例单自由度滑块运动分析单自由度滑块运动分析 单自由度滑块是典型的动力学模型，本节将其作为研究对象，单自由度滑块是典型的动力学模型，本节将其作为研究对象，采用瞬态分析法为读者提供瞬态分析过程设置的方法指导，并采用瞬态分析法为读者提供瞬态分析过程设置的方法指导，并对涉及的运动副施加方法进行
5、详细说明，使读者能够熟练掌握对涉及的运动副施加方法进行详细说明，使读者能够熟练掌握相应模块功能。相应模块功能。10.3.1 问题描述问题描述 10.3.2 几何建模几何建模 10.3.3 材料属性设置材料属性设置 材料属性采用默认的材料属性采用默认的Structure Steel，各项参数及设置采用系，各项参数及设置采用系统默认即可。统默认即可。10.3.4 创建运动约束创建运动约束 10.3.5 网格划分网格划分 10.3.6 载荷设置载荷设置 10.3.7 求解设置求解设置 10.3.8 结果后处理结果后处理10.4 本章小结本章小结 本章首先介绍了瞬态分析的基本理论基础，然后通过回转杆和
6、简单的弹簧本章首先介绍了瞬态分析的基本理论基础，然后通过回转杆和简单的弹簧-滑滑块组合结构详细讲解如何使用块组合结构详细讲解如何使用WB 19.0进行瞬态动力学分析，分别对瞬态动力进行瞬态动力学分析，分别对瞬态动力学中涉及的运动副设置、分析步设置等内容进行了讲解，使读者能够通过实例学中涉及的运动副设置、分析步设置等内容进行了讲解，使读者能够通过实例学习掌握该部分内容。学习掌握该部分内容。第十一章响应谱分析11.1 响应谱分析简介响应谱分析简介 响应谱分析是一种近似的用于预测基础激励作用下结构峰值响应的分析方法。响应谱分析是一种近似的用于预测基础激励作用下结构峰值响应的分析方法。它主要用于寻找给
7、定载荷作用下结构的最大响应值，而不关心最大响应值出现它主要用于寻找给定载荷作用下结构的最大响应值，而不关心最大响应值出现的时间点。与时域的瞬态分析相比，能够快速对大模型和长时间载荷作用的结的时间点。与时域的瞬态分析相比，能够快速对大模型和长时间载荷作用的结构进行响应分析。构进行响应分析。响应谱的类型包括位移、加速度、速度以及力，其横坐标为单自由度系统的固响应谱的类型包括位移、加速度、速度以及力，其横坐标为单自由度系统的固有频率，纵坐标为单自由度系统的最大响应值。有频率，纵坐标为单自由度系统的最大响应值。11.1.1 单点响应谱单点响应谱 单点响应谱是结构承受的响应谱激励方向和频率均匀地作用到左
8、右结构支撑点单点响应谱是结构承受的响应谱激励方向和频率均匀地作用到左右结构支撑点中，即各支撑点接受同一个响应谱值的输入。在分析中需要计算每一阶模态的中，即各支撑点接受同一个响应谱值的输入。在分析中需要计算每一阶模态的响应值（如位移、速度和加速度），在获取各阶模态响应值以后，需要对各阶响应值（如位移、速度和加速度），在获取各阶模态响应值以后，需要对各阶模态响应进行合并以获得结构的总响应值。模态响应合并的方法有两种，分别模态响应进行合并以获得结构的总响应值。模态响应合并的方法有两种，分别是使用各阶模态响应值的平方和的均方根（是使用各阶模态响应值的平方和的均方根（SRSS）法、考虑耦合影响的模态）法
9、、考虑耦合影响的模态合并法。合并法。11.1.2 多点响应谱多点响应谱 多点响应谱计算是指不同约束点承受不同的响应谱值，在采用多点响应谱计算多点响应谱计算是指不同约束点承受不同的响应谱值，在采用多点响应谱计算后，程序会利用单点响应谱的计算方法分别求出每种响应谱的总体响应，然后后，程序会利用单点响应谱的计算方法分别求出每种响应谱的总体响应，然后使用每种响应谱总体响应的平方和的均方根计算得到整个系统的总体响应，如使用每种响应谱总体响应的平方和的均方根计算得到整个系统的总体响应，如式所示。式所示。2212MPRSSPRSSPRSRRR 11.2 响应谱分析实例响应谱分析实例某桥架结构响应谱分析某桥架
10、结构响应谱分析 本例以简化的桥架结构为例，介绍利用本例以简化的桥架结构为例，介绍利用WB 19.0进行响应进行响应谱分析的基本过程和方法，为读者提供一定的使用指导。谱分析的基本过程和方法，为读者提供一定的使用指导。11.2.1 问题描述问题描述 11.2.2 几何建模几何建模 11.2.3 材料属性设置材料属性设置 11.2.4 网格划分网格划分 11.2.5 模态求解设置模态求解设置 11.2.6 载荷谱加载载荷谱加载 11.2.7 响应谱求解设置响应谱求解设置 11.2.8 结果后处理结果后处理11.3 响应谱分析实例响应谱分析实例某驾驶室响应谱分析某驾驶室响应谱分析 货车驾驶室结构通常会
11、受到来自发动机、变速箱等结构的结构振动激励，本例货车驾驶室结构通常会受到来自发动机、变速箱等结构的结构振动激励，本例主要介绍通过有限元仿真方法计算驾驶室在受到外部输入载荷谱作用下的响应，主要介绍通过有限元仿真方法计算驾驶室在受到外部输入载荷谱作用下的响应，对了解整个驾驶室结构的动态特性有很大的指导意义。对了解整个驾驶室结构的动态特性有很大的指导意义。11.3.1 问题描述问题描述 图所示为某车辆驾驶室的几何模型。汽车驾驶室在汽车行图所示为某车辆驾驶室的几何模型。汽车驾驶室在汽车行驶过程中会受到来自汽车不同部位的激励，很容易产生共驶过程中会受到来自汽车不同部位的激励，很容易产生共振，由此造成车门
12、、车窗等结构的变形、油漆脱落等一系振，由此造成车门、车窗等结构的变形、油漆脱落等一系列问题，因此需要在设计中提前将这些问题消除。列问题，因此需要在设计中提前将这些问题消除。11.3.2 几何建模几何建模 11.3.3 材料属性设置材料属性设置 11.3.4 网格划分网格划分 11.3.5 模态求解设置模态求解设置 11.3.6 载荷谱加载载荷谱加载 11.3.7 响应谱求解设置响应谱求解设置 11.3.8 结果后处理结果后处理11.4 本章小结本章小结 本章首先介绍了响应谱分析的基本概念和基本理论方法，然后通过桥架结构和本章首先介绍了响应谱分析的基本概念和基本理论方法，然后通过桥架结构和驾驶室
13、的响应谱分析实例，详细介绍如何利用驾驶室的响应谱分析实例，详细介绍如何利用WB建立响应谱分析，对分析过建立响应谱分析，对分析过程中的具体设置进行了说明，使读者能够熟练地掌握响应谱分析技术。程中的具体设置进行了说明，使读者能够熟练地掌握响应谱分析技术。第十二章随机振动分析12.1 随机振动分析简介随机振动分析简介 随机振动分析是分析随机载荷作用下的结构响应，其输入的是功率谱密度随机振动分析是分析随机载荷作用下的结构响应，其输入的是功率谱密度（PSD）函数，是一种基于概率统计的谱分析技术。）函数，是一种基于概率统计的谱分析技术。PSD是带宽频率的函数，是带宽频率的函数，是结构在随机振动激励下的响应
14、结果的统计，是一条功率谱密度值与频率值的是结构在随机振动激励下的响应结果的统计，是一条功率谱密度值与频率值的关系曲线。关系曲线。12.2 随机振动分析实例随机振动分析实例某转轴随机振动分析某转轴随机振动分析 转动轴结构经常由于随机振动问题导致结构发生强度和疲劳问题，本例以某转动轴为分析实转动轴结构经常由于随机振动问题导致结构发生强度和疲劳问题，本例以某转动轴为分析实例，介绍如何利用例，介绍如何利用WB 19.0进行随机振动仿真，为读者提供学习和使用指导。进行随机振动仿真，为读者提供学习和使用指导。12.2.1 问题描述问题描述 12.2.2 几何建模几何建模 12.2.3 材料属性设置材料属性
15、设置 12.2.4 网格划分网格划分 12.2.5 模态求解设置模态求解设置 12.2.6 PSD载荷谱施加载荷谱施加 12.2.7 求解计算求解计算 12.2.8 结果后处理结果后处理12.3 随机振动分析实例随机振动分析实例某直升机机载设备某直升机机载设备随机振动分析随机振动分析 本例以某直升机机载设备为分析对象，介绍随机振动问题的仿真方法和操作过程，同时为读本例以某直升机机载设备为分析对象，介绍随机振动问题的仿真方法和操作过程，同时为读者提供学习参考和案例实践。者提供学习参考和案例实践。12.3.1 问题描述问题描述 12.3.2 几何建模几何建模 12.3.3 材料属性设置材料属性设置
16、 12.3.4 网格划分网格划分 12.3.5 模态求解设置模态求解设置 12.3.6 PSD载荷谱施加载荷谱施加 12.3.7 求解计算求解计算 12.3.8 结果后处理结果后处理12.4 本章小结本章小结 本章主要讲解了随机振动分析的理论，并在本章主要讲解了随机振动分析的理论，并在WB 19.0中通过简单的工程实践分中通过简单的工程实践分析进行详细阐述，通过基于模态求解来进行后续的随机振动分析，结合每一步析进行详细阐述，通过基于模态求解来进行后续的随机振动分析，结合每一步操作使读者能够快速掌握随机振动分析的方法和技巧。操作使读者能够快速掌握随机振动分析的方法和技巧。第十三章显式动力学分析1
17、3.1 显式动力学简介显式动力学简介 显式动力学用来分析结构在应力波作用、外部冲击以及短时间内载荷快速变化显式动力学用来分析结构在应力波作用、外部冲击以及短时间内载荷快速变化等情形下的响应。通常情况下，当分析项目中作用时间小于等情形下的响应。通常情况下，当分析项目中作用时间小于1s（通常单位为（通常单位为ms）时适合采用本方法进行分析求解。）时适合采用本方法进行分析求解。在前面的章节中已经知悉，系统的运动方程可以用式描述：在前面的章节中已经知悉，系统的运动方程可以用式描述：13.2 显式动力学实例显式动力学实例子弹射击简单模拟子弹射击简单模拟 本例以子弹射击为分析对象，利用显式动力学分析模块研
18、究高速状态本例以子弹射击为分析对象，利用显式动力学分析模块研究高速状态下结构的相互作用情况，为读者学习和掌握显式动力学的分析方法提下结构的相互作用情况，为读者学习和掌握显式动力学的分析方法提供详细的使用指导。供详细的使用指导。13.2.1 问题描述问题描述 子弹射击是显式动力学最常见的一类分析问题，图子弹射击是显式动力学最常见的一类分析问题，图13-2所示为子弹所示为子弹射击场景的几何模型，假设子弹在远离钢板射击场景的几何模型，假设子弹在远离钢板0.1m远处以远处以100m/s的速的速度射出，模拟该击中并穿透过程中子弹及钢板的应力和变形情况，整度射出，模拟该击中并穿透过程中子弹及钢板的应力和变
19、形情况，整个过程历时个过程历时2ms。13.2.2 几何建模几何建模 13.2.3 材料属性设置材料属性设置 13.2.4 接触设置接触设置 13.2.5 网格划分网格划分 13.2.6 边界及载荷施加边界及载荷施加 13.2.7 求解设置求解设置 13.2.8 结果后处理结果后处理13.3 显式动力学实例显式动力学实例跌落分析跌落分析 跌落问题仿真非常典型，尤其是在家电、小型电子产品等工业跌落问题仿真非常典型，尤其是在家电、小型电子产品等工业领域应用尤其广泛。本例主要针对光学镜头的跌落分析进行显领域应用尤其广泛。本例主要针对光学镜头的跌落分析进行显式动力学分析，详细介绍跌落分析的设置方法，为
20、读者掌握和式动力学分析，详细介绍跌落分析的设置方法，为读者掌握和学习提供案例指导和案例实践。学习提供案例指导和案例实践。13.3.1 问题描述问题描述 13.3.2 几何建模几何建模 13.3.3 材料属性设置材料属性设置 13.3.4 接触设置接触设置 13.3.5 网格划分网格划分 13.3.6 边界及载荷施加边界及载荷施加 13.3.7 求解设置求解设置 13.3.8 结果后处理结果后处理13.4 本章小结本章小结 本章主要介绍了显式动力学分析的一般理论和求解方法，然后通过子弹击穿和本章主要介绍了显式动力学分析的一般理论和求解方法，然后通过子弹击穿和镜头跌落两个分析实例，详细讲解如何在镜
21、头跌落两个分析实例，详细讲解如何在WB 19.0中进行显式动力学的仿真，中进行显式动力学的仿真，对每一步的操作设置和注意事项都进行了说明，为读者呈现了较为全面的求解对每一步的操作设置和注意事项都进行了说明，为读者呈现了较为全面的求解分析过程。分析过程。第十四章刚体动力学分析14.1 刚体动力学简介刚体动力学简介 刚体运动学分析属于多体动力学的一部分内容，其分析中涉及的诸多零部件都刚体运动学分析属于多体动力学的一部分内容，其分析中涉及的诸多零部件都为刚体，因此也成为多刚体动力学分析。它们通过特定的关节将诸多零件连接为刚体，因此也成为多刚体动力学分析。它们通过特定的关节将诸多零件连接在一起，实现特
22、定的运动和功能，这些部件组成的系统也称为多刚体系统。在一起，实现特定的运动和功能，这些部件组成的系统也称为多刚体系统。多刚体动力学分析广泛应用于汽车、航空航天、机器人等领域，如汽车悬架系多刚体动力学分析广泛应用于汽车、航空航天、机器人等领域，如汽车悬架系统的多体动力学、机器人机械臂的动力学分析等。对多刚体系统，从统的多体动力学、机器人机械臂的动力学分析等。对多刚体系统，从20世纪世纪60年代到年代到80年代，在航天和机械领域形成了两类不同的数学建模方法，分别年代，在航天和机械领域形成了两类不同的数学建模方法，分别是拉格朗日法和笛卡尔法。是拉格朗日法和笛卡尔法。14.1.1 拉格朗日法拉格朗日法
23、 拉格朗日法是一种相对坐标的方法，其动力学方程的形式为拉格朗日坐标阵的拉格朗日法是一种相对坐标的方法，其动力学方程的形式为拉格朗日坐标阵的二阶微分方程组，如式所示：二阶微分方程组，如式所示：14.1.2 笛卡儿法笛卡儿法 笛卡儿法是一种绝对坐标法，它以系统中的每个部件为单元，建立固结在刚体笛卡儿法是一种绝对坐标法，它以系统中的每个部件为单元，建立固结在刚体上的坐标系，刚体位置相对于一个公共参考系进行定义，通过欧拉角或者欧拉上的坐标系，刚体位置相对于一个公共参考系进行定义，通过欧拉角或者欧拉参数来描述相对的位置坐标。参数来描述相对的位置坐标。对于由对于由N个刚体组成的系统，系统动力学模型一般表示
24、为式所示的形式：个刚体组成的系统，系统动力学模型一般表示为式所示的形式：14.2 刚体动力学实例刚体动力学实例压力机分析压力机分析 本例以压力机为研究对象，介绍刚体动力学的基本建模和仿真方法，通过每一本例以压力机为研究对象，介绍刚体动力学的基本建模和仿真方法，通过每一步的详细操作，为读者提供详细的学习指导。步的详细操作，为读者提供详细的学习指导。14.2.1 问题描述问题描述 14.2.2 几何建模几何建模 14.2.3 材料属性设置材料属性设置 14.2.4 运动副设置运动副设置 14.2.5 载荷及驱动设置载荷及驱动设置 14.2.6 模型求解设置模型求解设置 14.2.7 结果后处理结果
25、后处理14.3 刚体动力学实例刚体动力学实例齿轮啮合分析齿轮啮合分析 齿轮啮合非常普遍，本例主要利用刚体动力学仿真方法对齿轮的啮合齿轮啮合非常普遍，本例主要利用刚体动力学仿真方法对齿轮的啮合过程进行详细介绍，研究齿轮在啮合过程中的接触力以及转速关系，过程进行详细介绍，研究齿轮在啮合过程中的接触力以及转速关系，为读者学习刚体动力学方法提供案例实践和使用指导。为读者学习刚体动力学方法提供案例实践和使用指导。14.3.1 问题描述问题描述 14.3.2 几何建模几何建模 14.3.3 材料属性设置材料属性设置 14.3.4 运动副及接触创建运动副及接触创建 14.3.5 网格划分网格划分 14.3.
26、6 载荷及驱动设置载荷及驱动设置 14.3.7 模型求解设置模型求解设置 14.3.8 结果后处理结果后处理14.4 本章小结本章小结 刚体动力学分析在研究系统的运动状态和关系中非常实用，而且计算效率较纯刚体动力学分析在研究系统的运动状态和关系中非常实用，而且计算效率较纯柔性体分析更高。本章通过两个简单的分析实例，对如何进行刚体动力学分析柔性体分析更高。本章通过两个简单的分析实例，对如何进行刚体动力学分析进行了详细的介绍，尤其是齿轮啮合问题中涉及刚体接触面的网格划分，进行了详细的介绍，尤其是齿轮啮合问题中涉及刚体接触面的网格划分，与其与其他类型分析存在一定的差别，读者在学习使用中需要仔细处理。
27、他类型分析存在一定的差别，读者在学习使用中需要仔细处理。第十五章刚柔耦合分析15.1 刚柔耦合分析简介刚柔耦合分析简介 刚柔耦合系统是指由刚体及柔性体通过不同的连接方式构成的复杂动力学系统，刚柔耦合系统是指由刚体及柔性体通过不同的连接方式构成的复杂动力学系统，是刚体动力学的延伸内容。它主要研究柔性体的变形与其大范围空间运动之间是刚体动力学的延伸内容。它主要研究柔性体的变形与其大范围空间运动之间的相互作用或耦合，以及这种耦合所导致的动力学效应。的相互作用或耦合，以及这种耦合所导致的动力学效应。假设多刚体动力系统假设多刚体动力系统6个不独立广义坐标为，则多刚体系统动力学方程组可表个不独立广义坐标为
28、，则多刚体系统动力学方程组可表示为式（示为式（图左图左）和式（图右）：）和式（图右）：15.2 刚柔耦合分析实例刚柔耦合分析实例曲柄滑块机构分析曲柄滑块机构分析 曲柄滑块机构是学习刚柔耦合问题最合适的案例，本节主曲柄滑块机构是学习刚柔耦合问题最合适的案例，本节主要基于曲柄滑块机构的运动过程，采用刚柔耦合分析功能要基于曲柄滑块机构的运动过程，采用刚柔耦合分析功能研究连杆在运动过程中的变形和受力情况，为读者学习提研究连杆在运动过程中的变形和受力情况，为读者学习提供指导。供指导。15.2.1 问题描述问题描述 15.2.2 几何建模几何建模 15.2.3 材料属性设置材料属性设置 15.2.4 运动
29、副设置运动副设置 15.2.5 网格划分网格划分 15.2.6 载荷及驱动设置载荷及驱动设置 15.2.7 模型求解设置模型求解设置 15.2.8 结果后处理结果后处理15.3 刚柔耦合分析实例刚柔耦合分析实例挖掘机斗杆分析挖掘机斗杆分析 挖掘机斗杆结构复杂，承受载荷较大，如果考虑纯柔性体进行挖掘机斗杆结构复杂，承受载荷较大，如果考虑纯柔性体进行仿真，则所耗费的时间和硬件成本较高。本例以斗杆为研究对仿真，则所耗费的时间和硬件成本较高。本例以斗杆为研究对象，采用刚柔耦合分析法对斗杆结构关注部件进行仿真模拟，象，采用刚柔耦合分析法对斗杆结构关注部件进行仿真模拟，为读者学习提供详细的操作指导和案例实
30、践。为读者学习提供详细的操作指导和案例实践。15.3.1 问题描述问题描述 15.3.2 几何建模几何建模 15.3.3 材料属性设置材料属性设置 15.3.4 运动副设置运动副设置 15.3.5 载荷及驱动设置载荷及驱动设置 15.3.6 网格划分网格划分 15.3.7 模型求解设置模型求解设置 15.3.8 结果后处理结果后处理15.4 本章小结本章小结 本章首先介绍了基于多刚体动力学延伸而来的刚柔耦合分析的基础理论，然后本章首先介绍了基于多刚体动力学延伸而来的刚柔耦合分析的基础理论，然后结合两个分析实例详细介绍如何进行具体的仿真工作，尤其是第二个实例中的结合两个分析实例详细介绍如何进行具
31、体的仿真工作，尤其是第二个实例中的挖掘机斗杆相关模型组件的刚柔耦合分析，涉及的模型和运动副较多，挖掘机斗杆相关模型组件的刚柔耦合分析，涉及的模型和运动副较多，需要充需要充分了解各部件之间的运动关系，防止出现过约束等情况而影响仿真的进行。分了解各部件之间的运动关系，防止出现过约束等情况而影响仿真的进行。刚柔耦合分析对研究和解决复杂系统的动力学问题有非常大的优势和效率，在刚柔耦合分析对研究和解决复杂系统的动力学问题有非常大的优势和效率，在不同的分析项目中应该根据需要考虑采用刚柔耦合的仿真方法。不同的分析项目中应该根据需要考虑采用刚柔耦合的仿真方法。第十六章线性屈曲分析16.1 线性屈曲分析简介线性
32、屈曲分析简介 当结构承受轴向压缩载荷作用时，若压缩载荷在临界范围当结构承受轴向压缩载荷作用时，若压缩载荷在临界范围内，给结构一个横向干扰结构就会发生翘曲，当该横向载内，给结构一个横向干扰结构就会发生翘曲，当该横向载荷消除时，结构仍能恢复原始状态；若压缩载荷超过临界荷消除时，结构仍能恢复原始状态；若压缩载荷超过临界值，结构的应力刚化产生的应力刚度矩阵就会抵消结构本值，结构的应力刚化产生的应力刚度矩阵就会抵消结构本身的刚度矩阵，身的刚度矩阵，此时若在横向施加一个微小扰动也会产生此时若在横向施加一个微小扰动也会产生较大的挠度，且该变形在扰动撤销之后，结构无法恢复原较大的挠度，且该变形在扰动撤销之后，
33、结构无法恢复原有平衡状态，这就是屈曲理论，如图所示。有平衡状态，这就是屈曲理论，如图所示。16.2 线性屈曲分析实例线性屈曲分析实例变截面压杆屈曲分析变截面压杆屈曲分析 屈曲分析常用于杆件或者薄壁容器类结构的校核计算，本屈曲分析常用于杆件或者薄壁容器类结构的校核计算，本例主要以变截面梁为研究对象，介绍如何使用例主要以变截面梁为研究对象，介绍如何使用WB 19.0进进行先行屈曲分析，通过具体操作步骤说明为读者学习该方行先行屈曲分析，通过具体操作步骤说明为读者学习该方法提供详细的指导。法提供详细的指导。16.2.1 问题描述问题描述 16.2.2 几何建模几何建模 16.2.3 材料属性设置材料属
34、性设置 16.2.4 网格划分网格划分 16.2.5 载荷及约束设置载荷及约束设置 16.2.6 静力学求解静力学求解 16.2.7 屈曲分析屈曲分析 16.2.8 结果后处理结果后处理16.3 线性屈曲分析实例线性屈曲分析实例真空管道屈曲分析真空管道屈曲分析 薄壁管道类结构的屈曲分析非常典型，经常需要对其薄壁管道类结构的屈曲分析非常典型，经常需要对其稳定性进行校核。本例以某真空管道模型为研究对象，稳定性进行校核。本例以某真空管道模型为研究对象，详细介绍使用线性屈曲方法进行仿真模拟的过程，为详细介绍使用线性屈曲方法进行仿真模拟的过程，为读者学习和掌握该方法提供指导和案例实践。读者学习和掌握该方
35、法提供指导和案例实践。16.3.1 问题描述问题描述 大型管道薄壁件的主要失效形式不是强度失效而是失稳失效。大型管道薄壁件的主要失效形式不是强度失效而是失稳失效。所谓压力容器失稳指的是压力容器所承受的载荷超过某一临界所谓压力容器失稳指的是压力容器所承受的载荷超过某一临界值时突然失去原有几何形状的现象。所以研究压力容器的失稳值时突然失去原有几何形状的现象。所以研究压力容器的失稳现象，提高其抗失稳能力非常重要，但是通过实验进行外压测现象，提高其抗失稳能力非常重要，但是通过实验进行外压测试，校验压力容器的稳定性是不现实的，工程上通常采用有限试，校验压力容器的稳定性是不现实的，工程上通常采用有限元方法
36、进行仿真计算。元方法进行仿真计算。根据根据GB150-2012规定，外压圆筒稳定性许用压力值为临界压规定，外压圆筒稳定性许用压力值为临界压力和稳定安全系数的比值，如式所示：力和稳定安全系数的比值，如式所示：16.3.2 几何建模几何建模 16.3.3 材料属性设置材料属性设置 16.3.4 网格划分网格划分 16.3.5 载荷及约束设置载荷及约束设置 由于真空管道两端可以得到刚性构件的加强，近似可以认由于真空管道两端可以得到刚性构件的加强，近似可以认为两端保持圆形截面形状，因此在管道两端施加环向的位为两端保持圆形截面形状，因此在管道两端施加环向的位移约束；同时在管道一段施加轴向位移约束及固定的
37、远端移约束；同时在管道一段施加轴向位移约束及固定的远端位移约束以限制刚性运动；此外，管道外表面承受均布压位移约束以限制刚性运动；此外，管道外表面承受均布压力，大小为力，大小为0.1MPa。16.3.6 静力学求解静力学求解 16.3.7 屈曲分析屈曲分析16.4 本章小结本章小结 屈曲分析在研究大型管道薄壁以及压杆稳定等类型结构时具备非常直接有效的屈曲分析在研究大型管道薄壁以及压杆稳定等类型结构时具备非常直接有效的指导作用。本文通过理论讲解，对失稳现象的产生进行了说明，并且结合两个指导作用。本文通过理论讲解，对失稳现象的产生进行了说明，并且结合两个经典实例的分析，为读者详细介绍如何使用经典实例
38、的分析，为读者详细介绍如何使用WB 19.0软件对线性屈曲分析进行软件对线性屈曲分析进行仿真计算，使读者能够轻松掌握该部分内容的工程应用。仿真计算，使读者能够轻松掌握该部分内容的工程应用。第十七章疲劳分析17.1 疲劳分析简介疲劳分析简介 疲劳是导致结构出现故障的常见原因，通常分为高周疲劳疲劳是导致结构出现故障的常见原因，通常分为高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳通常是构件在受到比材料的极限强和低周疲劳。高周疲劳通常是构件在受到比材料的极限强度低的应力作用下发生的疲劳失效问题，通常循环次数一度低的应力作用下发生的疲劳失效问题，通常循环次数一般高于般高于1e41e5；低周疲劳又称为；低周疲劳又称为“低
39、循环疲劳低循环疲劳”，低，低周疲劳通常构件受到的应力值较大，常伴随塑性变形，通周疲劳通常构件受到的应力值较大，常伴随塑性变形，通常应力循环作用次数低于常应力循环作用次数低于1e41e5。使零件或构件发生疲劳破坏的动载荷称为疲劳载荷，可分使零件或构件发生疲劳破坏的动载荷称为疲劳载荷，可分为两类，一类是大小和正负方向随时间周期性变化的交变为两类，一类是大小和正负方向随时间周期性变化的交变载荷，另一类是大小和正负方向随时间随机变化的随机载载荷，另一类是大小和正负方向随时间随机变化的随机载荷。交变载荷又称为循环载荷，是最简单和最基本的疲劳荷。交变载荷又称为循环载荷，是最简单和最基本的疲劳载荷形式。所研
40、究的结构部位因交变载荷引起的应力称为载荷形式。所研究的结构部位因交变载荷引起的应力称为交变应力。交变应力。17.2 疲劳分析实例疲劳分析实例某叉车货叉疲劳寿命分析某叉车货叉疲劳寿命分析 疲劳分析应用领域较为广泛，本节以叉车货叉结构为研究疲劳分析应用领域较为广泛，本节以叉车货叉结构为研究对象，介绍在对象，介绍在WB 19.0中使用疲劳分析功能进行货叉的疲中使用疲劳分析功能进行货叉的疲劳寿命分析过程，为读者学习提供详细的指导。劳寿命分析过程，为读者学习提供详细的指导。17.2.1 问题描述问题描述 17.2.2 几何建模几何建模 17.2.3 材料属性设置材料属性设置 17.2.4 网格划分网格划
41、分 17.2.5 载荷及约束设置载荷及约束设置 17.2.6 静力求解静力求解 17.2.7 疲劳求解疲劳求解 17.2.8 结果后处理结果后处理17.3 疲劳分析实例疲劳分析实例发动机连杆疲劳强度分析发动机连杆疲劳强度分析 发动机连杆疲劳问题非常常见，本例将以连杆结构为发动机连杆疲劳问题非常常见，本例将以连杆结构为分析对象，介绍疲劳分析过程中的各操作步骤和方法，分析对象，介绍疲劳分析过程中的各操作步骤和方法，并对疲劳分析的各项后处理功能进行讲解，为读者学并对疲劳分析的各项后处理功能进行讲解，为读者学习和掌握习和掌握WB 19.0的疲劳仿真提供案例实践。的疲劳仿真提供案例实践。17.3.1 问
42、题描述问题描述 17.3.2 几何建模几何建模 17.3.3 材料属性设置材料属性设置 17.3.4 网格划分网格划分 17.3.5 载荷及约束设置载荷及约束设置 17.3.6 静力求解静力求解 17.3.7 疲劳求解疲劳求解 17.3.8 结果后处理结果后处理17.4 本章小结本章小结 本章首先介绍了疲劳分析中涉及的基本概念和理论，并对各个修正理论和概念本章首先介绍了疲劳分析中涉及的基本概念和理论，并对各个修正理论和概念也做了讲解，导出相应的公式和对应曲线；然后结合两个实例讲解，介绍在也做了讲解，导出相应的公式和对应曲线；然后结合两个实例讲解，介绍在WB 19.0中如何利用中如何利用Fati
43、gue Tool展开疲劳分析、计算结构的安全系数和寿命展开疲劳分析、计算结构的安全系数和寿命等，为读者提供详细的指导和参考。等，为读者提供详细的指导和参考。对于疲劳分析问题中更多、更详细的理论介绍和仿真方法，读者朋友可以查看对于疲劳分析问题中更多、更详细的理论介绍和仿真方法，读者朋友可以查看专门的疲劳理论和仿真书籍，结合专门的疲劳分析软件进行更深入的学习。专门的疲劳理论和仿真书籍，结合专门的疲劳分析软件进行更深入的学习。第十八章子模型分析18.1 子模型分析简介子模型分析简介 利用有限元技术进行仿真分析时，面对复杂结构的求解，一般先采用较粗的单利用有限元技术进行仿真分析时，面对复杂结构的求解，
44、一般先采用较粗的单元网格尺度对整个构件进行网格划分，求解获得应力较大部位，然后对关键的元网格尺度对整个构件进行网格划分，求解获得应力较大部位，然后对关键的薄弱点进行局部网格细化，以获得更为精确的求解值，经过多次反复求解，将薄弱点进行局部网格细化，以获得更为精确的求解值，经过多次反复求解，将趋于收敛的求解结果作为最终结果。趋于收敛的求解结果作为最终结果。18.2 子模型分析实例子模型分析实例直角支撑结构应力分析直角支撑结构应力分析 本例以直角支撑结构为分析对象，为读者详细介绍如何使用本例以直角支撑结构为分析对象，为读者详细介绍如何使用WB 19.0进行子模型方法的应用，通过每一步的操作设置以进行
45、子模型方法的应用，通过每一步的操作设置以及最终分析结果对比，使读者能够更好地掌握该方法。及最终分析结果对比，使读者能够更好地掌握该方法。18.2.1 问题描述问题描述 18.2.2 几何建模：几何建模分为两部分内容，分别为整体几几何建模：几何建模分为两部分内容，分别为整体几何建模和子模型局部几何建模。何建模和子模型局部几何建模。18.2.3 材料属性设置材料属性设置 18.2.4 整体模型网格划分整体模型网格划分 18.2.5 整体模型边界及载荷设置整体模型边界及载荷设置 18.2.6 子模型网格划分子模型网格划分 18.2.7 子模型边界设置子模型边界设置 18.2.8 子模型结果后处理子模
46、型结果后处理 18.2.9 子模型边界验证子模型边界验证18.3 子模型分析实例子模型分析实例凹槽板子模型分析凹槽板子模型分析 本例以凹槽板结构为研究对象，介绍实体模型采用子模型分析本例以凹槽板结构为研究对象，介绍实体模型采用子模型分析方法进行仿真分析的基本操作，并对网格划分和边界条件设置方法进行仿真分析的基本操作，并对网格划分和边界条件设置进行详细说明，最后对比不同尺寸的单元计算得到的结果，为进行详细说明，最后对比不同尺寸的单元计算得到的结果，为读者了解和掌握子模型分析方法提供深入的指导。读者了解和掌握子模型分析方法提供深入的指导。18.3.1 问题描述问题描述 18.3.2 几何建模几何建
47、模 18.3.3 材料属性设置材料属性设置 18.3.4 整体模型网格划分整体模型网格划分 18.3.5 整体模型边界及载荷设置整体模型边界及载荷设置 18.3.6 整体模型求解整体模型求解 18.3.7 子模型网格划分子模型网格划分 18.3.8 子模型边界设置子模型边界设置 18.3.9 子模型结果后处理子模型结果后处理 18.3.10 子模型边界验证子模型边界验证18.4 本章小结本章小结 本章主要介绍了有限元分析中解决复杂问题时采用子模型分析方法的思想，通本章主要介绍了有限元分析中解决复杂问题时采用子模型分析方法的思想，通过两个案例分别介绍了如何在过两个案例分别介绍了如何在WB 19.
48、0中进行子模型分析的操作，尤其是在子中进行子模型分析的操作，尤其是在子模型分析中进行网格细化迭代求解，以获取收敛的应力结果，这样的处理方法模型分析中进行网格细化迭代求解，以获取收敛的应力结果，这样的处理方法在大型复杂模型中非常有效，希望读者能够充分掌握。在大型复杂模型中非常有效，希望读者能够充分掌握。第十九章热分析19.1 热分析简介热分析简介 热分析用于计算系统或者结构部件的温度分布及其他物理参数，如热量的获取热分析用于计算系统或者结构部件的温度分布及其他物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热通量等。通常我们遇到的热分析问题主要包括三种形式，或损失、热梯度、热通量等。通常我们遇到的热分析问
49、题主要包括三种形式，分别是热传导、热对流和热辐射（见图）。热传导是发生在一个物理内或者紧分别是热传导、热对流和热辐射（见图）。热传导是发生在一个物理内或者紧挨着的物体之间，热对流是发生在有相对运动的两种介质之间，而热辐射是由挨着的物体之间，热对流是发生在有相对运动的两种介质之间，而热辐射是由于物体受热激发磁场产生的，它不需要依靠介质就可以产生。于物体受热激发磁场产生的，它不需要依靠介质就可以产生。19.2 热分析实例热分析实例水杯稳态热分析水杯稳态热分析 水杯散热过程是我们非常熟悉的问题，本例主要利用水杯散热过程是我们非常熟悉的问题，本例主要利用WB 19.0稳态传热功能对水杯装热水温度自然变
50、化的过程稳态传热功能对水杯装热水温度自然变化的过程进行模拟，通过对各项操作的详细描述和介绍，为读者学进行模拟，通过对各项操作的详细描述和介绍，为读者学习和掌握该部分的仿真功能提供指导。习和掌握该部分的仿真功能提供指导。19.2.1 问题描述问题描述 19.2.2 几何建模几何建模 19.2.3 材料属性设置材料属性设置 19.2.4 网格划分网格划分 19.2.5 载荷及约束设置载荷及约束设置 19.2.6 模型求解模型求解 19.2.7 结果后处理结果后处理19.3 热分析实例热分析实例散热片瞬态热分析散热片瞬态热分析 散热片的热传导问题也是非常普遍的一类工程问题，在摩托车、房屋暖气片等散热
