midas NFX使用指南(八)

1、2.1.3midasNFX(Designer)的分析功能midasNFX（Designer）所提供的主要分析功能如下：A.線性靜態(tài)分析（LinearStaticAnalysis）靜力分析（StaticAnalysis）的條件是作用的荷載不隨時間變化，也可以假定為荷載緩慢漸進到達最大值后不再隨時間變化。在實際工程中當作用荷載的頻率小于結構最低頻率的1/4時可以視為靜力分析。另外，線性（Linear）是指作用在結構的荷載和物體的響應（位移、應力等）的關系為線性，一般來說應滿足下列條件：材料為彈性滿足虎克定律（應力和應變呈線性比例關系）。（否則為材料非線性分析）發(fā)生的位移足夠小不影響結構的剛度。（否

2、則進行幾何非線性分析）荷載作用過程中邊界條件不發(fā)生變化。（否則進行與接觸分析類似的邊界非線性分析）即線性靜力分析是指在滿足上述條件的結構上作用不隨時間變化的荷載進行分析，根據線性”的特征對結果可以進行疊加。（Superposition）。一般來說對線性靜力分析結果要分析其（最大）位移和（最大）應力以及相對于許用應力的安全系數(shù)。最大位移最大作用力B.模態(tài)分析(自由振動分析,NormalModesAnalysis,FreeVibrationAnalysis)主要用于分析結構的固有動力特性，在沒有外力和阻尼(Damping)的情況下計算結構的特征值(Eigenvalue)。通過自由振動分析可以得到的

3、結構動力特性有固有頻率(或固在材料中輸入為重量(W)時，必須正確的定義重力加速度(g)。(質量：w/g)有周期)和各固有頻率的振型等，而這些由結構的質量倉和剛度決定。對安裝在有振動結構體上的部品，為了避免發(fā)生共振(Resonance)，最好事先用模態(tài)分析的方法來檢測部品的固有頻率(與結構體的頻率或作用載荷(CyclicLoad)的頻率進行比較)。一般來說像線性靜力分析如2.1.2節(jié)的示例所示的流程一樣，如果模型對稱(幾何形狀、荷載、邊界條件全部對稱)時，將對稱部分設置對稱邊界條件后進行分析。但是即便是模型是對稱的，振型也可能是不對稱的，所以對自由振動等特征值問題不能使用對稱條件來分析。1次模式

4、形狀6次模式形狀8次模式形狀一般模態(tài)分析示例C.線性屈曲分析（LinearBucklingAnalysis）線性屈曲分析的目的是獲得引起結構失穩(wěn)的臨界荷載。失穩(wěn)是在受壓結構的面內應變能轉換為彎曲應變能時發(fā)生的，此時的荷載為臨界荷載。在臨界荷載作用下即便是荷載不再增加結構的彎曲變形也將繼續(xù)增加。臨界荷載的大小一般由結構的幾何尺寸、剛度以及支承方式決定。線性屈曲分析也是解特征值的問題，計算的特征值）是作用荷載（P）的系數(shù)，實際a臨界荷載是這兩個數(shù)的乘積（P=XxP）o當特征值（屈曲系數(shù)）非常小時，即作用荷載cra接近臨界荷載時可通過非線性分析來確認結構的安全性。一般來說結構在受拉、壓載荷時會發(fā)生屈

5、服破壞。對于下列情況應做線性屈曲分析確認結構的安全性。結構受較大的壓力荷載作用時時；結構的形狀長而細時；結構的厚度非常薄（Thin-walled）時；加固前（屈曲系數(shù):入）孔周邊加固后（屈曲系數(shù)：1.4九）不同的結構加固（方法）對應的屈曲系數(shù)和屈曲模態(tài)示例D.熱傳遞分析(HeatTransferAnalysis)熱傳遞分析是計算物體溫度分布的方法，并依據該溫度分布來判斷物體內部的熱傳遞方向和大小。熱的傳遞是通過內部的發(fā)熱源、熱在物體內的傳導、物體通過外表面與外部的對流和輻射等完成的。引起熱傳遞的條件隨時間發(fā)生變化時叫瞬態(tài)分析，否則稱為穩(wěn)態(tài)分析。另外這些條件隨溫度發(fā)生變化時叫做非線性，不發(fā)生變化

6、時叫做線性。另外與需要彈性模量、泊松比等結構分析不同，熱傳遞分析中需要熱傳導率、比熱等參數(shù)信息。在沒有特別的指出載荷/邊界條件的邊界上，自動地將其視為絕熱條件。內部熱源絕熱(Insulation):沒有熱交換為了利用溫度結果來計算熱作用力，需要在材料信息中定義熱膨脹系數(shù)。溫度和溫度梯度是引起結構應力的主要因素之一，一般做完熱傳遞分析后利用獲得的溫度分布計算熱應力。E參考midasNFX(Desinger)中為了便于用戶使用，提供了完成熱傳遞分析之后可以直接進行熱應力分析的功能。熱傳遞分析得到的溫度分布利用溫度分布結果計算出的熱變形一般結構的熱傳遞/熱變形的計算示例熱傳遞的溫度分布結果利用溫度分

7、布結果計算的有效應力結果PCB板的熱傳遞/熱應力的計算示例E.非線性分析（NonlinearAnalysis）線性分析中假定位移和應變很小、應力和應變呈線性比例關系、結構即使發(fā)生變形荷載的作用方向也不放生改變，但是非線性分析中可以考慮材料的特性隨荷載發(fā)生變化（材料非線性）、發(fā)生位移或旋轉時荷載的作用方向和分布、大小發(fā)生變化（幾何非線性）、相鄰部分發(fā)生間隙或接觸（接觸非線性）等問題。非線性分析中比較難的問題是材料非線性（特別是材料模型的定義），幾何非線性和接觸非線性相對來說需要輸入的特性較少，在實際分析中也經常會用到。一般情況下在考慮材料非線性時都會要求同時考慮其它非線性（幾何、接觸）。下面將對

8、材料非線性和幾何非線性做簡單介紹，對接觸非線性會另外進行介紹。1）材料非線性初期為彈性的材料在達到一定應力值后會變?yōu)樗苄?，或者應?應變關系不再遵循線性關系。midasNFX（Designer）中提供的非線性材料模型根據應力-應變關系和屈服準則分為如下類型：超彈性模型在細微的變形率下，也會呈現(xiàn)位移和變形率的非線性關系。顯示橡膠、硅膠等非壓縮性材料時使用。非線性彈性(NonlinearElastic)彈塑性(ElastoPlastic)范梅塞斯(vonMises),特雷斯卡(Tresca)，莫爾-庫倫(Mohr-Coulomb),德魯克-普拉格(Drucker-Prager)塑性(Plastic

9、)范梅塞斯(vonMises),特雷斯卡(Tresca)，莫爾-庫倫(Mohr-Coulomb),德魯克-普拉格(Drucker-Prager)超彈性(HyperElastic)非線性材料模型示例（等效應力-全應變關系）2）幾何非線性幾何非線性的最大特點就是發(fā)生較大的變形時在材料特性不變的情況下結構的剛度發(fā)生變化。結構的變形過大時以初始形狀為基準建立的平衡方程式應該修改為以變形后的形狀為基準的平衡方程，作用荷載的大小和方向也可能發(fā)生變化。例如，壓力荷載隨著作用面積的變化，荷載大小也會發(fā)生變化，旋轉角度大時荷載作用方向也會發(fā)生變化。特別是幾何非線性分析中有個非常重要的概念，即依存于結構的位置/方

10、向的隨從力。F隨從力在概念上與沖力（Thrust）類似，它沒有已特定坐標為基準的方向定義，是以節(jié)點或單元的坐標為基準而定義的。作用在懸臂梁自由端的一般線性荷載和隨從力的差別（作用方向）非線性分析分析的求解過程為首先將總荷載分為多個荷載步，然后逐漸加載到總荷載大小，在各荷載步中使用迭代法計算各荷載步的結果。荷載步驟的大小是影響非線性分析的結果(收斂)的最重要的因素，步長過大則不易收斂，步長過小分析時間會很長且分析結果文件會過大。midasNFX(Analyst)中提供自動調整荷載步長(AutoLoadStepping)功能，根據收斂情況可以自動調整步長。通常階躍載荷是由用戶來制定的。下位階躍(根

11、據收斂情況)是由程序自動生成的。F.接觸分析(ContactAnalysis)接觸分析是指模型發(fā)生變形時邊界發(fā)生非線性變化或邊界條件發(fā)生變化的分析。在接觸分析中兩個部分可以發(fā)生接觸、滑動、粘結或發(fā)生摩擦，特別是由各零件組成的機械模型中即使各零件的單元網格不一致，也可以使各零件像焊接在一起那樣整體運動。接觸分析中需要的信息有接觸類型(ContactType)和一對接觸面(ContactPair)。midasNFX(Designer)中的分析選項中提供自動搜索接觸面(AutoContactSearch)的功能。使用該選項時在前處理中不必定義互相接觸的面，由求解器自動搜索面做接觸分析。一般來說接觸分析屬于非線性分析,midasNFX(Designer)中還提供線性接觸分析，對焊接接觸(Weld)這樣的簡單接觸條件，可以通過線性分析做靜力分析和自由振動分析。參考midasNFX(Designer)的熱傳遞分析中也支持接觸條件，與靜力分析類似即使是單元網格不一致的區(qū)域之間或相互間有間隙的區(qū)域之間通過傳遞處理可以使兩個區(qū)域的接觸面保持相同的溫度。由3個零件組成的機械模型由幾個零件組成的機械的接觸分析例題(線性靜力分析)G.預應力分析（PrestressedAnalysis）給結構施加預應力（初始應力）時，結構的剛度會發(fā)生變化并影響響應。例如在懸臂梁上施加預應力會增加結構的抗彎剛度