Workbench_荷载、约束、接触定义(总结版)

### Workbench荷载、约束、接触定义知识点总结 #### Workbench荷载定义 荷载是在进行有限元分析过程中，为了模拟真实世界中的物理环境而施加于模型的各种外力及激励。Workbench作为一款功能强大的工程仿真软件，提供了丰富的荷载类型供用户选择。 ##### 1. 方向载荷 - **定义方式**：大多数方向载荷和支撑的方向都可以在任意坐标系中定义。需要注意的是，坐标系必须在加载之前定义，并且只能在直角坐标系下定义载荷和支撑的方向。 - **操作步骤**：在Details视图中，通过改变“Define By”选项至“Components”，然后从下拉菜单中选择合适的直角坐标系。在选定的坐标系中指定x、y、和z分量。 - **适用范围**：并非所有载荷和支撑都支持使用坐标系。 ##### 2. 加速度（重力） - **单位**：加速度以长度比上时间的平方为单位作用在整个模型上。 - **方向判断**：用户通常对方向的符号感到困惑。实际上，如果加速度突然施加到系统上，惯性将阻止加速度所产生的变化，从而惯性力的方向与所施加的加速度的方向相反。 - **施加方法**：加速度可以通过定义部件或者矢量进行施加。标准的地球重力可以作为一个载荷施加，其值为9.80665m/s²，在国际单位制中。 - **方向确定**：标准的地球重力载荷方向可以沿总体坐标轴的任何一个轴。由于“标准的地球重力”是一个加速度载荷，需要定义与其实际相反的方向以得到重力的作用力。 ##### 3. 旋转速度 - **概念**：旋转速度是另一种可以实现的惯性载荷，使得整个模型围绕一根轴在给定的速度下旋转。 - **定义方法**：可以通过定义一个矢量来实现，应用几何结构定义的轴以及定义的旋转速度。也可以通过部件来定义，在总体坐标系下指定初始和组成部分。 - **注意事项**：需要特别注意定义旋转的轴。 ##### 4. 压力载荷 - **作用方式**：压力只能施加在表面，并且通常与表面的法向一致。正值代表进入表面（例如压缩）；负值代表从表面出来（例如抽气等）。 - **单位**：压力的单位为每个单位面积上力的大小。 ##### 5. 力载荷 - **应用范围**：力可以施加在结构的最外面，边缘或者表面。 - **分布特点**：力将分布到整个结构当中去，这意味着如果一个力施加到两个相同的表面上，每个表面将承受这个力的一半。 - **单位**：力单位为质量乘以长度比上时间的平方。 ##### 6. 轴承载荷 - **应用场景**：螺栓载荷仅适用于圆柱形表面。其径向分量将根据投影面积来分布压力载荷。轴向载荷分量沿着圆周均匀分布。 - **施加规则**：一个圆柱表面只能施加一个螺栓载荷。如果一个圆柱表面切分为两个部分，那么在施加螺栓载荷的时候一定要保证这两个柱面都要选中。 ##### 7. 力矩载荷 - **适用对象**：对于实体，力矩可以施加在任意表面。如果选择了多个表面，那么力矩将分摊在这些表面上。 - **定义方式**：力矩可以用矢量及其大小或者分量来定义。当用矢量表示时，遵循右手法则。 ##### 8. 远端载荷 - **特性**：允许用户在面或者边上施加偏置的力。用户设定力的初始位置（利用顶点、圆或者x、y、z的坐标）。力可以通过向量和幅值或者分量来定义。 ##### 9. 螺栓载荷 - **模拟场景**：在圆柱形截面上施加预紧载荷以模拟螺栓连接。 - **加载方式**：施加预紧载荷（力）或者位移（长度）为初始条件。 - **顺序加载**：在静力分析中预紧载荷施加在初始求解中，而其他载荷施加在子步求解中。这样的两步顺序是自动而且明显的。 #### Workbench约束定义 约束用于限制模型在仿真过程中的自由度，以模拟真实的边界条件。 ##### 1. 固定约束 - **应用范围**：在顶点、边缘或面上约束所有的自由度。对于实体，限制x、y和z的平移。对于壳和梁，限制x、y和z的平移和转动。 ##### 2. 给定位移 - **定义方式**：在顶点、边缘或面上给定已知的位移。允许在x、y和z方向给予强制位移。输入“0”代表此方向上即被约束，不设定某个方向的值则意味着实体在这个方向上自由运动。 ##### 3. 无摩擦约束 - **应用场景**：在面上施加法向约束。对于实体，这个约束可以用施加一个对称边面界条件来实现，因为对称面等同于法向约束。 ##### 4. 圆柱面约束 - **适用范围**：施加在圆柱表面。用户可以指定是轴向、径向或者切向约束。仅适用于小变形（线性）分析。 ##### 5. 仅有压缩的约束 - **作用原理**：在任何给定的表面可以施加法向仅有压缩的约束。这意味着在该表面上只允许发生压缩，不允许拉伸。 以上是Workbench中荷载与约束的主要定义与应用概述。通过对这些知识点的理解和掌握，可以帮助工程师们更加精确地模拟各种复杂的物理现象，从而提高产品设计和分析的准确性。