4 幾何工具

點擊分析樹中Geometry或下屬零件，工具欄便會出現Geometry工具條。

4.1 質量點

Point Mass是理想的質量點，將零件簡化稱為一個帶質量參數的點，在有慣性載荷的計算中提高了計算速度。

需要注意的是，創建的質量點並不會繼承原模型的邊界條件與接觸關係，也不會自動抑制原模型。所以創建質量點前一般先手動抑制原模型，並通過遠程點的形式添加與其他模型的接觸關係。

實例3，將圖中上方几何體簡化為質量點，計算在重力下，下方几何體的變形與應力。

Step1 抑制上方塊。創建與下方塊關聯的遠程點，右擊分析樹Model——Insert——Remote Point，細節窗口中選擇下方塊的上表面，適當修改高度方向數值，以便觀察。

遠程點創建

遠程點設置

Step2 質量點創建：在Geometry工具條選擇質量點，Scope Method選擇Remote Point，在Remote Points下拉菜單中選擇剛才創建的遠程點，質量修改為上方塊的質量。

創建質量點

Step3 施加邊界條件：固定下方塊下端面，給系統時間向下的重力加速度，計算結果如下：

邊界條件

計算結果

4.2 分布質量

Distributed Mass設置方法類似於質量點，但是它不是集中質量點，而是在一個面或一條邊線上的均布質量

4.3 表面塗層

Surface Coating可以定義表面塗層厚度與材料。

5 坐標系

當導入模型後，Mechanical會自動添加全局坐標系Global Coordinate System。但是很多時候全局坐標系已經不能滿足我們的使用要求此時就需要創建用戶的局部坐標系。創建坐標系方法如下。

Step1 新建坐標系：在分析樹中右擊Coordinate Systems——Insert——Coordinate System，便能添加局部坐標系。也可以點擊工具欄

圖標。右擊創建的Coordinate System——Rename，可以修改坐標系名稱。

Step2 選擇坐標系類型Type：包括笛卡爾坐標系Cartesian與圓柱坐標系Cylindrical。坐標系的ID號在Coordinate System中修改，一般通過程序默認值。

Step3 定義坐標系原點Origin：可以通過在Define By中指定定義方式：幾何選擇Geometry Selection，全局坐標Global Coordinates。

幾何選擇是在模型中選擇一個點、線、面、體，圓心將將在選擇元素的質心。

若選擇全局坐標，原點將由全局坐標下定義的X/Y/Z值定義。

Step4 定義主軸方向Principal Axis：在Axis指定主軸，默認為X軸，可以通過在Define By中指定定義方式：幾何選擇Geometry Selection，全局坐標軸方向Global X/Y/Z Axis。

定義副軸方向Principal Axis：在Axis指定副軸，默認為Y軸，方向定義方法與主軸相同。

6 定義連接

當幾何體存在多個零部件時，需要確定零部件之間的相互關係，在Mechanical中可以創建的連接關係如下：

•接觸Connect

•網格接觸Mesh Connection

•關節連接Joint

•梁連接Beam Connection

•彈簧Spring

•軸承Bearings

•點焊spot Weld

•末端釋放End Releaser（應用於梁、殼單元）

•幾何體交互Body Interaction (應用於顯示動力學中）

其中接觸已經在上一篇文章中詳細講解了，此處介紹其他連接方式。

在Cnnections的選項細節窗口中，Generate Automatic Connection On Refresh（在刷新時自動生成連接）默認為Yes，這一設置在設計分析時很有用。

Connections選項

6.1 網格接觸Mesh Connection

網格接觸可以幫助連接不連續的體之間的網格劃分，如以下實例。

實例3，兩塊面體間隙為0.5mm。使用網格接觸使它們接觸。

面體間隙

Step1生成網格。

Step2 創建網格接觸集合：創建網格接觸的工具不是在Connetions工具條內，而是在Mesh工具條呢。點擊分析樹中的Mesh，工具欄出現Mesh工具條，選擇Mesh Edit——Mesh Connection Group，在分析樹中便創建了Mesh Edit及其下屬的Mesh Connection Group。

創建網格接觸

Step3 設置接觸：點擊Mesh Edit進行細節設置，Generate Automatic Connection On Refresh（在刷新時自動生成連接）改為Yes。

Mesh Edit細節設置

點擊Mesh Connection Group進行細節設置，Geometry默認為All Bodies（需要先劃分網格），修改Tolerance Slider到-100，使Tolerance Value值大於0.5。若拖到-100，其值仍小於0.5，可將Tolerance Type改為Value，然後直接修改Tolerance Value的值為0.6。

Mesh Connection Group細節設置

Step4 自動生成網格接觸：右擊分析樹中的Mesh Connection Group——Detect Connections(探測連接)，其下屬便生成了兩對網格接觸，檢查是否正確，此處只需要一對，刪除其中一對。

右擊分析樹中的Mesh Connection Group——Generate，網格連接創建成功。

生成網格連接

最後點擊分析樹的Mesh，可以發現兩個面體已經通過網格連接為一體。

網格連接結果

註：也可以通過手動方式創建網格接觸：在Step2中選擇Manual Mesh Connections，無需進行Step3的設置，只需要在Mesh Connection的細節設置中指定主副幾何，同樣需要將Tolerance Value設置為大於縫隙值。

手動創建網格連接

6.2 關節連接Joint

Joint核心即為MPC接觸形式,採用約束方程定義實體之間或者實體與大地之間的連接關係。

分為固定Fixed、旋轉Revolute 、圓柱Cylindrical 、平移Translational 、 槽Slot 、萬向節 Universal 、球Spherical 、 平面Planar、套管Bushing、通用General 、點面連接Point on Curve。具體含義將在剛體運動學一文中解釋。

6.3 彈簧Spring和梁Beam接觸

Spring和Beam接觸，用來模擬彈簧和梁的連接，以定義相應的接觸關係。兩者的創建方法相同，以下以創建彈簧接觸為例。

實例4，長條左端施加可轉動的約束，上端面時間彈簧接觸，在重力的影響下求變形。

實例4

Step1創建彈簧。

右擊分析樹的Connections——Insert——Spring，便創建了待定義的彈簧接觸。

對彈簧接觸進行細節設置：Scope設置為Body-Ground，即幾何體與地面連接，此處的地面為抽象概念，表示彈簧錨在不動的地方。其餘設置如下圖。

彈簧接觸設置

Step2添加約束條件。

以遠端位移約束左端面，只允許豎直平面內的轉動，添加豎直向下的重力加速度。計算結果如下。

邊界條件設置

計算結果

6.4 軸承Bearing

軸承接觸為一個2D彈性單元，可用來限制旋轉部件的相對運動和轉動。定義軸承時，需要設置剛度矩陣與阻尼矩陣。其含有如下圖。

軸承徑向剛度與阻尼（平面）

6.4 點焊Spot Weld

點焊連接用來連接不同的零件，其作用與綁定接觸一樣，但是對象只能選擇點。點焊在不同零件直接傳遞載荷。如下圖將兩個方塊4個頂點一對一點焊，再施加底面的固定與橫向的拉力，位移結果如下。

點焊

7 網格劃分

網格劃分在以往的文章中已經詳細解釋，但是結構分析中應該注意以下幾點：

1，接觸面應提供適當精細的網格，以使接觸應力平滑分布。

2，對應力應變感興趣的區域，網格應相應加密，對位移感興趣而對應力應變不感興趣的區域，網格可以相應粗大。

3，考慮結構非線性時，網格應適當加密。

8 邊界條件

載荷與約束也被稱為邊界條件，在以往文章已經詳細介紹過了，此處不再贅述。

寫在最後，Workbench的分析前設置先介紹到這裡，分析設置與後處理將在接下來的文章中詳解，盡請期待。筆者也是在一邊翻資料一邊看幫助文件的學習過程，其中一些理論筆者也不大明白，比如軸承接觸的剛度矩陣的含義，希望相互交流學習，還望不吝批評賜教。