将实际工程问题转化为力学问题,分析对象的选取、载荷工况和施加载荷的确定、边界条件(位移约束条件)的确定、结构的刚度和质量、载荷传递路径和应力集中等问题的处理是CAE分析的关键。
有限元分析时,必须按照实际工况的边界条件,且满足有限元平衡方程,才能求解得到正确结果。例如,分析一个在压力作用下的桌子的变形,边界条件取在桌面的4个角点处,即可计算得到结果,但此分析并不符合工程实际情况(工况),应该将边界条件施加在桌子4个腿的接地处。
在静力学分析中容易出现边界条件不足,虽然ANSYS Workbench会自动将弱弹簧(Weak Springs)施加到模型可能出现刚体位移的位置,但是还是建议设置好充分的约束后,将弱弹簧设置为Off。针对约束不足的正确方法是对模型先进行模态分析,观察是否具有刚体模态(模态分析出的固有频率在0~1Hz),依据其频率对应的模态形状,进一步分析是否存在刚体运动(单个零件),或者存在零件之间接触不足(组件或部件)。
接触分析(无摩擦接触、粗糙接触、摩擦接触)涉及迭代计算,如果在接触面体上施加力载荷时,往往难以收敛;改为位移载荷,则相对简单得多。
参数合理。其分析类型和边界条件均无问题,错误在于液晶电视机的质量。一台液晶电视机质量为62.8kg,约为一个成年男子的质量,这显然是不合常理的。如果将液晶电视机的质量换成合理的数据,就会发现上例计算后,是否添加重力加速度对整个模型的影响甚微。
用ANSYS Workbench进行有限元分析,需要对软件有深刻的认识,做到每输入一个参数都清楚知道这个参数的意义和作用,这不仅仅是需要熟悉软件的界面,更多的是需要理解有限元和力学的理论,有时甚至需要对参数进行一些常识性的辨识。
例如,一台液晶电视机受力分析,已知条件如图2所示:底盘固定,液晶电视机质量为62.8kg;载荷如图3所示:在方块区域加载50N;求底座支撑架应力值大小?
本例采用静力学分析,分析方法1添加重力加速度,等效应力值为318.68MPa,如图4所示;分析方法2不添加重力加速度,等效应力值为310.09MPa,如图5所示。试问在这个分析中是否应该加载重力加速度?