教程：应变能密度分析

运行正则模态分析并检查应变能密度结果。

运行一次模态分析，并使用应变能密度结果来改进为质量提供支撑的简易支架的设计。

在本课中，您将学习：

  • 对支撑质量的简易支架运行正则模态分析
  • 检查应变能密度结果
  • 根据这些结果更改支架的设计（不增加任何质量）
  • 比较设计
图 1. 应变能密度分析结果

本教程的目的在于展示以下原则：

  • 如果结构出现变形，不同区域就会承受不同量的应变。变形所造成的结构中的能量和被称为应变能。
  • 在执行模态分析时，即会对特征值进行标准化。应变能密度结果用于确定结构的哪些区域处于最大应变下且对刚度的贡献最大。
  • 确定应变能密度较高的区域以便进行设计变更是进行模态分析时增加固有频率的一种常见方法。

检查模型并运行模态分析

  1. 按 F7 打开“演示浏览器”。
  2. 双击 0.0_SED_tutorial.stmod 文件，将其加载到模型视窗中。注意：该模型的载荷工况中有一个集中质量和四个接地螺栓（带螺母）。
  3. 确保单位系统选择器中的显示单位已设置为 MMKS (mm kg N s)。
  4. 点击分析图标上的运行分析 ，打开运行分析窗口。
  5. 使用以下设置运行一次正则模态分析：
  6. 将单元尺寸更改为 5 mm。
  7. 将正则模态的数量设置为 3 并从载荷工况 2 中使用约束。
  8. 确保速度/精度已设置为更快。
  9. 点击运行执行分析。

查看应变能密度结果

  1. 分析结束后，双击运行名称查看结果。（或者，打开“演示浏览器”中的 0.1_SED_tutorial.stmod 文件，加载并查看结果。）
  2. 为第一个正则模态的位移结果添加动画效果。注意：虽然模态形状清晰，但还是很难知道结构中的哪些零件最为关键。
  3. 将结果类型更改为应变能密度并将图例最大值更改为 1.0e8 kg/(mm*s2)。
  4. 这可以突显具有最高相对应变的结果区域。将材料添加至这些应变较高的区域是一种增加固有频率的好方法。

将材料添加至应变较高的区域

  1. 在“几何”功能区中，选中移动面工具。
  2. 沿 Z 轴方向将较大的侧开孔平移 20 mm。
  3. 沿 Y 轴方向将较大的侧开孔平移 10 mm。这可以将材料添加至应变能密度较高的区域，而无需更改设计的质量。
  4. 再次运行模态分析（或者打开“演示浏览器”中的 1.0_SED_tutorial.stmod 文件并加载分析结果。）注意：第一频率已经增加。
  5. 现在，在支架顶部将两个槽向外移动 10 mm。此次更改的目的在于增加支架顶部应变能密度较高的区域附近的弯曲段。
  6. 再次运行模态分析（或者打开“演示浏览器”中的 1.1_SED_tutorial.stmod 文件并加载分析结果。）注意：第一频率已经再次显著增加。

总之，确定应变能密度较高的区域是一种增加结构刚度的有力方法。在本教程中，第一个模态已经显著增加，且没有添加材料。