案例研究 1：带交互的吊钩装配体静态分析

案例研究 1：带交互的吊钩装配体静态分析

在本案例研究中，您将对图 4.56 所示的吊钩装配体进行线性静态分析，并确定在施加载荷下的应力。

项目描述

吊钩装配体的一端固定，17000 牛顿的载荷沿另一端施加，见图 4.57。装配体的所有零部件均由合金钢材料制成。

项目摘要

在本案例研究中，您将使用默认参数生成高质量的基于曲率的网格。此外，您需要定义装配体零部件之间相互作用的接触交互。将单位系统指定为 SI (MKS)，位移单位为 mm，应力单位为 N/mm^2 (MPa)。

以下顺序概括了本案例研究的提纲：

1. 下载第 4 章的文件
2. 打开吊钩装配体
3. 启动静态算例
4. 定义单位
5. 指派材料
6. 应用夹具
7. 应用交互
8. 施加载荷
9. 生成网格
10. 运行分析并显示结果
11. 显示一个装配体零部件的应力结果
12. 保存结果

第 1 节：下载第 4 章的文件

1. 登录 CADArtifex 网站（cadartifex.com/login），使用您的用户名和密码登录。如果您是新用户，首先需要在 CADArtifex 网站上注册为学生。
2. 登录后，单击 SOLIDWORKS Simulation > SOLIDWORKS Simulation 2023。本教材的所有资源文件会出现在相应的下拉列表中。例如，本教材插图中使用的所有零件文件可在 Part Files 下拉列表中找到，所有案例研究文件可在 Case Studies 下拉列表中找到。
3. 单击 Case Studies > C04 Case Studies。C04 Case Studies 文件的下载开始。下载完成后，您需要解压下载的文件。
4. 将解压后的 C04 Case Studies 文件保存在 SOLIDWORKS Simulation 文件夹内的 Case Studies 文件夹中。如果之前未创建这些文件夹，您需要创建它们。

第 2 节：打开吊钩装配体

1. 启动 SOLIDWORKS（如果尚未启动）。
2. 单击欢迎对话框中的 Open 按钮或标准工具栏中的 Open 工具。Open 对话框出现。
3. 浏览到您系统本地驱动器中的位置 > SOLIDWORKS Simulation > Case Studies > C04 Case Studies > Case Study 1。接下来，选择 Hook Assembly，然后单击对话框中的 Open 按钮。吊钩装配体在 SOLIDWORKS 中打开，见图 4.58。

第 3 节：启动静态算例

1. 单击 CommandManager 中的 Simulation 选项卡。Simulation CommandManager 的工具出现。

注意：如果 CommandManager 中未添加 Simulation 选项卡，则您需要如前所述添加它。

2. 单击 Simulation CommandManager 中的 New Study 工具。算例 PropertyManager 出现在图形区域的左侧。
3. 确保算例 PropertyManager 中的 Static 按钮已激活，以对模型执行线性静态分析。
4. 在 PropertyManager 中 Name 卷展栏的 Study name 字段中输入 Hook Static Study。
5. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。执行静态分析的各种工具在 Simulation CommandManager 中启用。此外，Hook Static Study 被添加到 Simulation 算例树中，见图 4.59。

第 4 节：定义单位

在开始执行分析之前，设置单位非常重要。

1. 单击 SOLIDWORKS 菜单中的 Simulation > Options。System Options 对话框出现。
2. 在此对话框中，单击 Default Options 选项卡。对话框的名称变为 Default Options。接下来，确保对话框中已选择 Units 选项。
3. 在对话框的 Unit system 区域中选择 SI (MKS) 单选按钮。接下来，确保在 Units 区域的 Length/Displacement 下拉列表中选择了 mm 单位，在 Pressure/Stress 下拉列表中选择了 N/mm^2 (MPa) 单位。

第 5 节：指派材料

如项目描述中所述，装配体的所有零部件均由合金钢材料制成。因此，您需要将此材料应用到所有零部件。

1. 右键单击 Simulation 算例树中的 Parts 节点，然后单击出现的快捷菜单中的 Apply Material to All 工具。Material 对话框出现。
2. 展开对话框中 SOLIDWORKS Materials 库的 Steel 类别，然后单击 Alloy Steel 材料。所选材料的材料属性出现在对话框的右侧面板中。
3. 单击 Apply 按钮，然后单击 Close 按钮。合金钢材料被指派到装配体的所有零部件。

提示：要将材料应用到装配体的每个单独零部件，请展开 Simulation 算例树的 Parts 节点。装配体的所有零部件出现在展开的 Parts 节点中，见图 4.60。现在，您可以右键单击展开的 Parts 节点中的某个零部件，然后单击出现的快捷菜单中的 Apply/Edit Material 工具。这样做后，Material 对话框出现。在此对话框中，选择一种材料，然后单击 Apply 按钮。接下来，单击 Close 按钮。材料被指派到所选零部件。同样，您可以将材料指派到装配体的其他零部件。

第 6 节：应用夹具

现在，您需要应用夹具以使装配体适合分析。

1. 右键单击 Simulation 算例树中的 Fixtures 选项，然后单击出现的快捷菜单中的 Fixed Geometry 工具。夹具 PropertyManager 出现在图形区域的左侧。
2. 旋转模型，使您能够查看装配体左侧吊钩零部件的端面，然后选择它以应用固定几何夹具，见图 4.61。
3. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。固定几何夹具被应用到所选零部件的面。

现在，您需要将 On Flat Faces 夹具应用到装配体的连杆零部件。

4. 将装配体的当前方向更改为等轴测。
5. 右键单击 Simulation 算例树中的 Fixtures 选项，然后单击出现的快捷菜单中的 Advanced Fixtures 工具。夹具 PropertyManager 出现，并在图形区域左侧展开 Advanced 卷展栏，见图 4.62。

6. 单击 PropertyManager 中 Advanced 卷展栏中的 On Flat Faces 按钮。
7. 选择装配体连杆零部件的前平面以应用夹具，见图 4.63。
8. 在 PropertyManager 中向下滚动，然后单击 PropertyManager 中 Translations 卷展栏中的 Normal to Face 和 Along Face Dir 1 按钮，见图 4.64。默认情况下，两个按钮前方启用的字段中指定了 0 值。这意味着平移运动沿方向 1 和垂直于所选面的方向受到限制。但是，零部件可以沿所选面的方向 2 移动。

9. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。On Flat Faces 夹具被应用到所选零部件的面。

现在，您需要将 Use Reference Geometry 夹具应用到装配体右侧吊钩零部件。

10. 右键单击 Simulation 算例树中的 Fixtures 选项，然后单击出现的快捷菜单中的 Advanced Fixtures 工具。夹具 PropertyManager 出现。
11. 确保 PropertyManager 中 Advanced 卷展栏中的 Use Reference Geometry 按钮已激活。
12. 选择右侧吊钩零部件的圆柱面以应用夹具，见图 4.65。
13. 单击 PropertyManager 中 Advanced 卷展栏中的 Face, Edge, Plane, Axis for Direction 字段。
14. 展开 FeatureManager 设计树（现在位于图形区域的左上角），然后单击装配体的 Top Plane 以定义夹具的方向，见图 4.66。

15. 在 PropertyManager 中向下滚动，然后单击 PropertyManager 中 Translations 卷展栏中的 Normal to Plane 和 Along Plane Dir 2 按钮，见图 4.67。默认情况下，两个按钮前方启用的字段中指定了 0 值。这意味着平移运动沿方向 2 和垂直于所选平面的方向受到限制。但是，零部件可以沿所选平面的方向 1 移动。

16. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。Use Reference Geometry 夹具被应用到所选零部件的圆柱面。

第 7 节：应用交互

应用夹具后，您需要定义装配体零部件之间的交互条件。

提示：默认情况下，Bonded 零部件交互作为装配体所有零部件之间的全局交互应用。您需要在装配体零部件之间应用 Contact 交互。

1. 展开 Simulation 算例树中 Connections 节点下的 Component Interactions 子节点，见图 4.68。
2. 右键单击展开的 Component Interactions 子节点中的 Global Interaction 选项，然后单击出现的快捷菜单中的 Edit Definition 工具，见图 4.68。Component Interaction PropertyManager 出现，见图 4.69。

3. 在 PropertyManager 的 Interaction Type 卷展栏中选择 Contact 单选按钮。
4. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。

第 8 节：施加载荷

现在，您需要在右侧吊钩零部件的端面上施加载荷。

1. 右键单击 Simulation 算例树中的 External Loads 选项，然后单击出现的快捷菜单中的 Force 工具。Force/Torque PropertyManager 出现。
2. 选择装配体右侧吊钩零部件的端面以施加载荷，见图 4.70。载荷的符号出现在所选面上。
3. 确保选择 Normal 单选按钮以施加垂直于面的载荷。
4. 在 PropertyManager 的 Force Value 字段中输入 17000。
5. 在 PropertyManager 中选择 Reverse direction 复选框以将力的方向反转向右，见图 4.70。

6. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。17000 N 载荷被施加到右侧吊钩零部件的所选面上。

第 9 节：生成网格

现在，您需要使用默认参数生成基于曲率的网格。

1. 右键单击 Simulation 算例树中的 Mesh 选项，然后单击出现的快捷菜单中的 Create Mesh 工具以调用网格 PropertyManager。
2. 通过单击 PropertyManager 中 Mesh Parameters 卷展栏标题栏中的复选框来展开它。
3. 在展开的 Mesh Parameters 卷展栏中选择 Curvature-based mesh 单选按钮。默认的最大单元尺寸和最小单元尺寸出现在卷展栏的相应字段中，见图 4.71。

4. 接受其他默认网格参数，然后单击绿色对勾按钮 。Mesh Progress 窗口出现，显示模型中网格划分的进度。网格划分完成后，网格化模型出现，见图 4.72。

第 10 节：运行分析并显示结果

现在，您需要运行分析。

1. 单击 Simulation CommandManager 中的 Run This Study 工具。Hook Static Study（算例名称）窗口出现，显示分析的进度。
2. 运行分析的过程完成后，Results 文件夹被添加到 Simulation 算例树中，包含应力、位移和应变结果。默认情况下，Stress 结果在 Results 文件夹中激活。因此，模型上的应力分布和 von Mises 应力图解出现在图形区域中，见图 4.73。

在施加载荷下，模型中的最大 von Mises 应力为 3.464e+02 (346.422) N/mm^2 (MPa)，在材料的屈服应力 6.204e+02 (620.422) N/mm^2 (MPa) 范围内。请注意，根据您系统上安装的 Service Pack，您可能会发现结果值略有差异。

注意：如果模型的最大 von Mises 应力超过材料的屈服强度，您的设计在施加载荷下可能会失效。您可能需要优化设计并验证边界条件（夹具/载荷）或材料属性，使其成为能够承受施加载荷的有效设计。

3. 双击 Simulation 算例树 Results 文件夹中的 Displacement1 (-Res disp-) 选项。装配体上的位移分布和合成位移 (URES) 图解出现在图形区域中，见图 4.74。在施加载荷下，装配体上的最大合成位移为 1.103e+00 (1.103) mm。

4. 同样，通过单击 Simulation 算例树中的 Strain1 (-Equivalent-) 选项来查看应变结果。
5. 使用 Animate 工具对模型上的位移分布进行动画演示，以查看零部件的变形形状和接触条件。此工具可在快捷菜单中找到，该菜单通过右键单击 Simulation 算例树 Results 文件夹中的 Displacement1 (-Res disp-) 选项出现。

第 11 节：显示一个装配体零部件的应力结果

1. 右键单击 Simulation 算例树中的 Results 文件夹，然后单击出现的快捷菜单中的 Define Stress Plot 工具。Stress plot PropertyManager 出现。
2. 展开 Stress plot PropertyManager 的 Advanced Options 卷展栏。
3. 在展开的 Advanced Options 卷展栏中选择 Show plot only on selected entities 复选框。选择字段出现在卷展栏中，见图 4.75。

4. 单击 Advanced Options 卷展栏中选择字段左侧的 Select bodies for the plot 按钮，以选择装配体的一个零部件来显示其应力图解。
5. 选择装配体的右侧吊钩零部件以显示其应力图解。接下来，单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮。装配体的所有零部件都被隐藏，除了所选零部件，见图 4.76。

注意：在图 4.76 中，为了图像的清晰度，夹具和载荷符号的显示被隐藏。要隐藏夹具，请右键单击 Simulation 算例树中 Fixtures 节点下列出的夹具名称，然后单击出现的快捷菜单中的 Hide 工具。同样，要隐藏载荷，请右键单击 Simulation 算例树中 External Loads 节点下列出的载荷名称，然后单击出现的快捷菜单中的 Hide 工具。

现在，您可以显示装配体右侧吊钩零部件中的最大和最小应力区域。

6. 双击出现在图形区域中的 von Mises 应力图解。Stress plot PropertyManager 出现在图形区域的左侧。
7. 确保 PropertyManager 中的 Chart Options 选项卡已激活。接下来，在 PropertyManager 的 Display Options 卷展栏中选择 Show max annotation 和 Show min annotation 复选框，见图 4.77。

8. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。最小和最大应力被标注在右侧吊钩零部件上，见图 4.78。

9. 同样，您可以显示装配体其他零部件的应力、应变或位移图解，并分别标注它们的最大和最小应力、应变或位移区域。

第 12 节：生成 Word 报告

现在，您可以以 Word 文档形式生成当前分析算例的报告。

1. 单击 Simulation CommandManager 中的 Report 工具，见图 4.79。Report Options 对话框出现，见图 4.80。此对话框中的选项将在下面讨论。

报告节：对话框的 Report sections 区域用于通过选择或清除相应的复选框，在当前分析算例的报告中包含或排除所需的节，如 Descriptions、Assumptions、Model Information 和 Mesh Information。

节属性：对话框的 Section properties 区域允许您自定义在对话框 Report sections 区域中所选节的属性。

页眉信息：Header information 区域用于通过选择相应的复选框，在报告中包含诸如设计者姓名、公司名称、URL、徽标和地址等信息。例如，要在报告中包含公司名称，请选择 Company 复选框，然后在复选框前方启用的相应字段中输入公司名称。

报告发布选项：对话框的 Report publish options 区域中的选项用于定义保存文件的位置、文件名和报告的纸张大小。

2. 在对话框的 Report sections 区域中，选择要包含在报告中的所需节复选框，如 Descriptions、Assumptions、Model Information 和 Mesh Information。
3. 在对话框中指定要包含在报告中的所有其他所需信息。接下来，单击对话框中的 Apply 按钮，然后单击 Publish 按钮。发布报告的过程开始，完成后，当前分析算例的 Word 报告打开。
4. 查看报告后，您可以保存并关闭它。

第 13 节：保存结果

现在，您需要保存结果。

1. 单击标准工具栏中的 Save 工具。模型及其结果保存在位置 > SOLIDWORKS Simulation > Case Studies > C04 Case Studies > Case Study 1。