solidworks simulation中有三种特殊的载荷加载方式,分别是视为远程质量、远程质量和远程载荷。在有限元分析中采用这三种载荷的目的都是为了简化模型,减少不必要的计算,提高关注区域的分析精度。
下面,猫亮设计介绍一下这三种载荷加载方式如何使用。
演示模型
使用下图中的简单模型做为远程载荷的演示例子。材料均设置为合金钢,并在小球的中心建立一个坐标系。
使用评估中的质量属性测量小球的重量,小球重量为0.004kg。
静应力分析
新建一个静应力分析算例,将两个实体的材料均设置为合金钢。
视为远程质量
选中球体,使用鼠标右键,在出现的菜单中选择视为远程质量,将这个球体设置为远程质量载荷。
使用视为远程质量时,系统会根据被选择的零件的重心及质量将被选择零件简化为质量点,最后通过质量点的位置与质量大小与被连接面建立关系。
远程质量的设置:实体选择球体,加载远程质量的面选择圆柱的侧面。
视为远程质量时的应力及位移计算结果:
最大Von Mises应力为0.047Mpa,最大合位移为1.055e-5
远程质量
远程质量允许我们添加一个虚拟的质量点,根据质量点的位置和连接面的位置来计算远程质量对连接面的影响。
添加远程质量时需要一个参考坐标系,这个坐标系可以是全局坐标系,也可以是自定义的局部坐标系,根据坐标系的位置来确定质量点的位置。
根据前面测量的小球的质量,在远程质量中按下图设置添加一个质量为0.004kg的质量点,连接类型设置为刚性。
使用远程质量的计算结果如下:
最大Von Mises应力为0.046Mpa,最大合位移为1.046e-5。远程质量和视为远程质量的计算结果基本一致,这两种加载方式可以认为是等同的。
远程载荷
远程载荷和远程质量的加载方式一致,一个是加载质量点,一个是加载力。
加载远程载荷时,为了和前面远程质量进行对比,这里将质量换算成为一个向下的力,0.004kgX9.8N/kg=0.0392N。
连接类型仍然设置为刚性。
远程载荷添加好后,其余边界条件和前面的计算一致,计算后结果如下:
最大Von Mises应力为0.046Mpa,最大合位移为1.045e-5。计算结果仍然和前面视为远程质量和远程质量的结果一致。
远程质量/载荷的连接类型
远程质量/载荷的连接类型有分布和刚性两种。
下面两张图片是刚性连接(上)和分布连接(下)关于力或者质量转移到连接面加载方式的区别。刚性连接强制被连接面做为刚性面做整体位移,而分布连接则按照中心位置由近及远的方式来加载力或者扭矩。
下面分别设置刚性连接和分布连接,并进行计算,结果如下。
由于两种加载方式力的耦合方式不同,分步式连接与刚性连接的计算结果稍有区别,在选择时需要注意一下。