螺栓连接|载荷与位移约束详解

1、WB载荷施加与约束概述

– 惯性载荷

•这些载荷作用在整个系统中

•需要用到质量的时候密度是必须的

– 结构载荷

•这种载荷是作用在系统部分结构上的力或者力矩

– 结构约束

•这些是利用约束来限制结构部件在一定范围内的移动，也就是限制结构的自由度

– 热载荷

•从结构上讲，热载荷会产生温度区域并且在整个模型上引起热扩散

WB载荷类型和约束类型

2、载荷类型

惯性载荷（Inertial）

是通过施加加速度实现的，在程序内部加速度是通过惯性力施加到结构上的，而惯性力的方向与所施加的加速度方向恰好相反，因为惯性力是阻止加速度所产生的变化的，一定要牢记这一点！！！

通过鼠标选中

来定义加速度

通过鼠标选中来定义标准地球重力加速度

通过鼠标选中来定义旋转速度，注意缺省单位为rad/s

结构载荷（Inertial）

是作用在系统或部件结构上的力或力矩。力载荷集成到了结构分析的Loads子菜单中。

力和压力载荷

力载荷（Force）——

力可以施加在结构顶点、边缘或者表面等位置，且施加的力将分布到整个结构中去，当一个力施加到两个同样的表面上时，每个表面将承受这个力的一半，可以定义矢量、大小以及分量来施加。

压力载荷（Pressure）——

压力载荷只能施加在表面，并且方向通常与表面的法向方向一致，正值代表进入表面，负值代表从表面出来。

远端载荷（Remote Force）——

远端载荷是在几何模型的表面或边上施加偏置的力，并设定力的初始位置，力可以通过矢量和大小或分量来定义。若在某面上施加一远端载荷后，则相当于在这个面上得到一个等效力和偏置所引起的力矩，而这个力分布在表面上，但是包括由于力偏置而引起的外力偶矩。

轴承载荷（Bearing Load）——

轴承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，而轴向载荷分量则沿着圆周均匀分布。载荷可以通过矢量和幅值来定义。

螺栓载荷（Bolt Pretension）——

螺栓载荷就是在圆柱截面上施加预紧载荷以模拟螺栓连接，且预紧载荷值只能使用在3D模拟中加载，还需要定义一个以Z轴为主方向的局部坐标系。

力矩（Moment）——

力矩可以施加在任意模型表面，实体表面的点上或边缘处。假如选择了多个表面，那么力矩将分摊在这些表面上。可以通过矢量及其大小定义，遵守右手螺旋定则。

线压力（Line Pressure）——

线压力就是在三维模型中通过载荷密度形式给一边施加分布载荷，其定义方式有幅值和向量、幅值和分量方向（总体或局部坐标系）、幅值和切向3种。

热载荷（Thermal Condition）

热载荷可以施加在模型上，任何温度载荷都可以施加，但在结构分析中施加一个均匀温度载荷，必须制定一个参考温度。

在Mechanical中通常先进行热分析，然后在结构分析时将计算所得到的温度作为外载荷输入。

3.约束类型

固定约束（Fixed Support）——

固定约束可以加载于实体、顶点、边缘、面、壳或者梁上，从而约束相对应单元的自由度。

位移约束（Displacement）——

在加载给定位移时要注意：

-可以在顶点、体边缘或面上加载已知位移

-允许在x、y和z方向给予强制位移

-当输入“0”值时，代表此方向上被约束

-如果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

远端位移约束（Remote Displacement）——

远端位移允许在空间中的任意一个远程位置应用平动和旋转位移。需要通过点取或输入坐标值定义远端的定位点，默认位置为模型质心，通常用局部坐标施加转角。

无摩擦支撑（Frictionless Support）——

无摩擦约束实际是在面上施加了法向约束。对称实体受到对称的外载时，这个约束可以作为对称面的边界条件，因为对称面等同于约束了法向位移。

仅压缩约束（compression only support）——

仅压缩约束是指给几何体表面施加只有方法向压缩的约束，这个约束仅限制这个表面在法向正方向的约束，在Mechanical内部计算时需要进行迭代求解。

圆柱面约束（Cylindrical Support）——

圆柱面约束施加在圆柱表面，可以指定是轴向、径向或者切向约束，如下图所示。注意：该约束仅仅适用于小变形（线性）分析。

弹性支承（Elastic Support）——

弹性支承允许面或边根据弹簧行为产生移动或变形。弹性支承基于定义的基础刚度【Foundation Stiffness】，即产生基础单位法向变形的压力值。

简支约束（Simply Support）

简支约束仅用于面体或线体模型的3D模拟，可以施加在梁或壳体的边或者顶点上，限制平移，但是所有旋转都是自由的。

固定转动（Fixed Rotation）

可以施加在壳或梁的表面、边或者顶点上，约束旋转，但是平移不限制。

耦合（Coupling）

通常分析模型中，通过建立零件或接触条件建立不同自由度之间的关系，但有时也需要构造特殊的几何特征，比如等势面，此时可以使用耦合边界条件在一组表面/边/点上创建耦合自由度，耦合约束组中所有成员的结果是相同的。耦合也可用于热和电场环境。同一个几何实体只能定义一个耦合自由度，耦合约束不能施加在有自由度约束的几何实体上。

约束方程（Constraint Equation）——

约束方程可以建立模型不同部分之间的运动关系，利用方程将一个或多个远端点自由度联系起来。约束方程为自由度值的线性组合，方程中的每一项为系数与远端自由度的乘积，线性组合的综合可以为非零值。