5.1 “载荷”和“约束”的关系
“载荷”和“约束”定义模型的仿真环境,每个约束或载荷条件由Simulation算例树中的一个图标表示。
载荷和约束呈完全关联关系,并自动调整以适应几何体的变化。载荷和约束在定义模型的使用环境时是不可缺少的,分析结果直接取决于指定的载荷和约束。
载荷和约束作为特征被应用到几何实体中,它们与几何体完全关联,并可自动调整以适应几何体的变化。例如,如果将压力P应用到面积为A1的面,则应用到该面的等效力为PA1。如果对几何体进行修改以使面的面积变为A2,则等效力将自动变为PA2。
在几何体中进行更改后,都需要重新对模型进行网格化以更新载荷和约束。
Simulation提供了上下文相关选项来定义约束。例如,如果所有所选的面都是圆柱面,或者选择了参考轴,则程序预计用户将定义径向、圆周和轴向约束。当创建算例时,将在Simulation算例树中创建一个“夹具和外部载荷”文件夹。在该文件夹中,将为在一个或多个实体上定义的每个约束或载荷添加一个项目。
可用的“载荷”和“约束”类型取决于“算例”的类型。而在同一“算例”中,“载荷”和“约束”类型还取决于网格的类型,“实体”网格模型和“外壳”网格模型具有不同的“载荷”和“约束”形式。
●对于非线性算例和瞬态热力算例,约束和载荷定义为时间的函数。
●载荷对频率算例而言是可选项,仅当在频率算例的属性中复选“平面内载荷”选项后,才会使用载荷。
应用载荷或约束可通过右键单击Simulation算例树中的“夹具”或“外部载荷”文件夹,或通过单击菜单命令“Simulation|载荷|夹具”访问。
其他类型的结构载荷可通过一些特殊的功能提供(如从Solidworks Flow Simulation或SolidWorks Motion输入载荷。
5.1.1 “方向性载荷”与“位移”约束
“方向性载荷”要应用“位移”约束。可以指定位移量,即规定的位移;可以使用参考基准面或参考轴来指定方向、限定位移量。可以使用其他参考基准面或轴。
1.规定的位移
方向输入默认情况下是指整体坐标系,该坐标系以“基准面1”为基础,并以零件或装配体的原点作为坐标系原点。“基准面1”是出现在树中的第一个基准面,可能具有不同的名称。
2.使用参考基准面
参考基准面定义如图5-1中所示的笛卡儿坐标系,X轴是“参考基准面”的方向1,Y轴是“参考基准面”的方向2,Z轴是“参考基准面”的方向3。
图5-1 笛卡儿坐标系
3.使用参考轴
参考轴定义如图5-2中所示的圆柱坐标系,参考轴对于指定径向和切向约束非常有用,而且也是必须的。
图5-2 圆柱坐标系
5.1.2 用于“结构”算例的载荷类型
可用于“结构”算例(包括静态、频率、扭曲和非线性)的载荷类型(简称“结构载荷”)有以下几种类型。
压力:均匀或非统一分布(非均匀分布)。将均匀或非均匀(可变)压力应用到面,以供在结构(静态、频率、扭曲、非线性和动态)算例中使用。
力:均匀或非统一分布(非均匀分布)。对任何方向的面、边线、参考点、顶点和横梁应用均匀分布的力、力矩或扭矩,以供在“结构”算例中使用。
引力:对零件或装配体文件应用线性加速度,以供在“结构”分析和“非线性”分析中使用。
离心力载荷:对静态算例、频率算例、扭曲算例或非线性算例中的零件或装配体应用角度速度和加速度。
轴承载荷:轴承载荷在相接触的圆柱面间或壳体边线间产生。
紧缩套合(冷缩配合,作为接触条件应用):在许多工程设计中都会遇到冷缩配合,它指的是将对象装配到略小的型腔中。
静态算例和扭曲算例需要某些类型的载荷或规定位移。载荷对于频率算例而言是可选的。
远程载荷和约束:远程载荷、约束和质量可简化模型。内容包括以下方面。
●远程载荷(直接转移):当被遗漏的零部件充分灵活,但其位移仍处在小型位移假设范围内时,可以使用此选项。
●远程载荷(刚性连接):可以定义远程位置处集中的力、力矩和质量。
●远程位移(刚性连接):当替换的零部件相对于模拟的零部件充分固定,并且清楚远程平移和旋转可替换其对模型其余部分的影响时,可以使用此选项。
●远程质量:如果对算例中实体的详细结果不感兴趣,可以通过将之视为远程质量来考量其在结构的其余部分中的效应。
在“结构载荷”中可以应用多个“力”和“压力”,Simulation将叠加所有“压力”“力”及“远程载荷”。但是Simulation不会叠加“引力”和“离心力”载荷,它将使用最新定义的值代替原来的值。
5.1.3 用于“热力”算例的载荷类型
对于具有热源的稳态热力算例,必须定义一种机制来进行热消散。否则,分析将由于温度的无限度升高而停止。在相对较短的时间内,运行的瞬态热力算例不需要散热机制。
热载荷和约束只可用于热力算例,而温度也可用于结构算例。下列类型的载荷和约束可用于热力算例。
●温度(规定的温度):能够定义用于进行“结构分析”和“热分析”的温度边界条件。同时,还能够为模型的所选实体定义不同的初始温度来进行瞬态热分析。
●热量:对顶点、边线、面和零部件应用“热量”载荷。
●对流:对热力算例(稳态或瞬态)中模型的所选面应用“对流”边界条件。
●辐射:对环境光源或曲面到曲面应用“辐射”载荷。
●热流量:只能在热力算例中使用热流量。对所选面应用热流量。对于稳态热力算例,可以定义温度相关的热流量。对于瞬态热力算例,可以定义时间或温度相关的热流量,并且可以定义恒温器以控制热流量。
另外,还有其他“载荷”和“约束”,如“接头(固定、弹簧、销钉、弹性支撑和螺栓)”、Simulation Motion中的运动载荷。