引言：結(jié)構(gòu)靜力分析用于研究靜載荷作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。靜載荷可以是集中力、分布力、力矩、位移、溫度等，結(jié)構(gòu)在邊界條件及載荷作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生位移、應(yīng)力、應(yīng)變等。

在iSolver的靜力分析中，載荷隨時(shí)間增量步變化，但在求解過(guò)程中不考慮時(shí)間、慣性等因素，得到結(jié)構(gòu)的位移－時(shí)間、應(yīng)力－時(shí)間等數(shù)據(jù)與物理時(shí)間無(wú)關(guān)，而此處的時(shí)間可以認(rèn)為是一個(gè)中間量，通過(guò)這個(gè)中間量控制載荷增加，每一個(gè)載荷狀態(tài)都會(huì)得到結(jié)構(gòu)相應(yīng)的位移、應(yīng)力等。

問(wèn)題描述：

如圖1所示的支架，一端牢固地焊接在一個(gè)大型結(jié)構(gòu)上，支架的圓孔中穿過(guò)一個(gè)相對(duì)較硬的桿件，圓孔和桿件用螺紋連接。材料的彈性模量E＝210000MPa，泊松比μ＝0.3。支架有以下兩種工況

1）桿件的一端受到沿Y軸負(fù)方向上的集中力F＝2kN，其大小隨時(shí)間變化。

2）除了上述載荷之外，支架的自由端還在局部區(qū)域上受到均布的剪力Ps＝36MPa。

要求確定這兩種工況下支架撓度隨時(shí)間變化的情況，以及內(nèi)圓角處的最大主應(yīng)力。根據(jù)分析結(jié)果來(lái)改進(jìn)設(shè)計(jì)，以減小應(yīng)力集中。

                                             

圖1 支架結(jié)構(gòu)

iSolver可以基于ABAQUS完成有限元模型的前后處理工作。靜力學(xué)分析的基本步驟如下。

（1）建立幾何模型。

（2）定義材料屬性。

（3）進(jìn)行模型裝配。

（4）定義分析步。

（5）施加邊界條件和載荷。

（6）定義作業(yè)，求解。

（7）結(jié)果分析。

操作：

創(chuàng)建幾何部件：

圖2 創(chuàng)建幾何

圖3 賦予材料屬性

定義輸出：

圖4 定義

輸出設(shè)置邊界條件及載荷：

圖5 設(shè)置邊界條件及載荷條件

采用C3D20R單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格：

圖6劃分網(wǎng)格

分別采用Abaqus和iSolver求解器進(jìn)行計(jì)算。

 

圖7分別提交Abaqus和iSolver求解器計(jì)算

計(jì)算結(jié)果對(duì)比：

對(duì)比兩者的計(jì)算結(jié)果：

圖8  Abaqus和iSolver計(jì)算的位移對(duì)比（左: Abaqus，右：iSolve）

圖9  Abaqus和iSolver計(jì)算的應(yīng)力對(duì)比（左: Abaqus，右：iSolve）

由此可見，iSolver與Abaqus求解器計(jì)算的應(yīng)力及位移分析結(jié)果基本一致，兩者對(duì)于最大載荷點(diǎn)、最大位移點(diǎn)位置的計(jì)算吻合。

圖10 Abaqus和iSolver計(jì)算的節(jié)點(diǎn)位移隨路徑變化曲線對(duì)比

可以用這些結(jié)果跟理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和理論結(jié)果相符。對(duì)于復(fù)雜模型，使用有限元軟件進(jìn)行模擬計(jì)算有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。