案例研究 1：使用自适应网格对 C 形支架进行静态分析

案例研究 1：使用自适应网格对 C 形支架进行静态分析

在本案例研究中，您将对图 5.8 所示的 C 形支架执行三个不同的静态算例。您需要执行第一个不使用自适应网格的静态算例、第二个使用 H 自适应网格的静态算例，以及第三个使用 P 自适应网格的静态算例。执行完所有算例后，您需要比较它们的应力结果。

项目描述

C 形支架在其顶面固定，900 牛顿的载荷施加在其底部水平面上，参见图 5.9。C 形支架由合金钢材料制成。

项目摘要

在本案例研究中，您将运行三个不同的静态算例。在第一个静态算例中，您将使用默认曲率网格运行分析。在第二个和第三个静态算例中，您将分别使用 H 自适应网格划分和 P 自适应网格划分运行分析。完成所有静态算例后，您将比较所有算例的应力结果。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）。

以下顺序概述了案例研究大纲：

1. 下载第 5 章的文件
2. 打开 C 形支架
3. 启动静态算例
4. 指定材料
5. 施加夹具
6. 施加载荷
7. 生成网格
8. 运行分析并显示结果
9. 创建使用 H 自适应网格划分的新静态算例
10. 创建使用 P 自适应网格划分的新静态算例
11. 比较所有算例的应力结果
12. 保存结果

第 1 节：下载第 5 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（cadartifex.com/register）注册为学生。
2. 登录 CADArtifex 网站后，在左侧菜单的 CAE TEXTBOOKS 部分中单击 SOLIDWORKS Simulation > SOLIDWORKS Simulation 2023。本教材的所有资源文件将出现在页面右侧各自的下载列表中。
3. 在案例研究下拉列表中选择 C05 Case Studies 文件。C05 Case Studies 文件的下载将开始。下载完成后，您需要解压下载的文件。
4. 将解压后的 C05 Case Studies 文件保存在 SOLIDWORKS Simulation 文件夹内的 Case Studies 文件夹中。

第 2 节：打开 C 形支架

1. 启动 SOLIDWORKS（如果尚未启动）。
2. 单击欢迎对话框中的打开按钮或标准工具栏中的打开工具。将出现打开对话框。
3. 浏览到您系统本地驱动器中的位置 > SOLIDWORKS Simulation > Case Studies > C05 Case Studies > Case Study 1。接下来，选择 C-Bracket，然后单击对话框中的打开按钮。C 形支架将在 SOLIDWORKS 中打开。

第 3 节：启动静态算例

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

注意：如果 Simulation 选项卡未添加到 CommandManager 中，则需要如前所述添加它。

2. 单击 Simulation CommandManager 中的新算例工具。算例 PropertyManager 将出现在图形区域的左侧。
3. 确保算例 PropertyManager 中的静态按钮已激活。
4. 在 PropertyManager 的算例名称字段中输入 Without Adaptive Study。
5. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。Without Adaptive Study 将添加到 Simulation 算例树中，参见图 5.10。

第 4 节：指定材料

1. 单击 Simulation CommandManager 中的应用材料工具，以调用材料对话框。
2. 在对话框中的 SOLIDWORKS Materials 库的钢类别中选择合金钢材料。
3. 单击应用按钮，然后单击关闭按钮。合金钢材料即已指定给该零部件。

第 5 节：施加夹具

1. 使用固定几何体工具在零部件的顶部平面上施加固定几何体夹具，参见图 5.11。

第 6 节：施加载荷

1. 使用力工具在零部件的底部平面上施加 900 N 的均匀分布载荷，参见图 5.12。

第 7 节：生成网格

现在，您需要使用默认参数生成曲率网格。

1. 在 Simulation 算例树中右键单击网格选项，然后在出现的快捷菜单中单击创建网格工具，以调用网格 PropertyManager。
2. 展开 PropertyManager 的网格参数卷展栏，然后选择基于曲率的网格单选按钮。
3. 接受默认的曲率网格参数，然后单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。将出现网格进度窗口，显示模型中网格划分的进度。网格划分完成后，将出现网格划分后的模型，参见图 5.13。

第 8 节：运行分析并显示结果

现在，您需要运行分析。

1. 单击 Simulation CommandManager 中的运行此算例工具。将出现 Without Adaptive Study（算例名称）窗口，显示分析的进度。
2. 运行分析的过程完成后，结果文件夹将连同应力、位移和应变结果添加到 Simulation 算例树中。默认情况下，结果文件夹中的应力结果被激活。因此，模型上的应力分布和 von Mises 应力图解将出现在图形区域中，参见图 5.14。

在施加载荷下，模型中的最大 Von Mises 应力为 4.842e+01（48.424）N/mm^2（MPa），显著低于材料的屈服应力 6.204e+02（620.422）N/mm^2（MPa）。您可以如前所述显示零部件的其他结果。

第 9 节：创建使用 H 自适应网格划分的新静态算例

现在，您需要创建一个使用 H 自适应网格方法的新算例并运行分析。您不必从头创建新算例，可以复制现有算例。

1. 在图形区域左下角右键单击 Without Adaptive Study 选项卡，然后在出现的快捷菜单中单击复制算例工具，参见图 5.15。复制算例 PropertyManager 将出现在图形区域的左侧。

2. 在 PropertyManager 的算例名称字段中输入 H-adaptive Study，然后单击其绿色对勾按钮。将在不同的选项卡中创建一个名为 H-adaptive Study 的新算例。此外，新创建的算例默认被激活，并出现在 Simulation 算例树中，参见图 5.16。

现在，您需要为新创建的算例定义 H 自适应参数。

3. 在 Simulation 算例树中右键单击 H-adaptive Study（算例名称）以显示快捷菜单，参见图 5.17。

4. 单击快捷菜单中的属性工具。将出现静态对话框。
5. 在静态对话框中单击自适应选项卡。用于定义自适应网格方法及相应参数的选项将出现在对话框中。
6. 选择 h 自适应单选按钮，以指定用于分析模型的 H 自适应网格方法。对话框中 h 自适应选项区域中的选项将被启用，参见图 5.18。

7. 在对话框中 h 自适应选项区域的最大循环数字段中输入 5，作为要达到目标精度而执行的最大迭代次数。
8. 接受对话框中 h 自适应选项区域中默认指定的目标精度和精度偏差。接下来，单击对话框中的确定按钮。H 自适应网格划分即已为当前算例指定。

现在，您可以使用 H 自适应网格划分运行分析。请注意，夹具、载荷、材料属性等与原始算例相同。

9. 单击 Simulation CommandManager 中的运行此算例工具。将出现 H-adaptive Study（算例名称）窗口，显示分析的进度。请注意，SOLIDWORKS Simulation 执行五次迭代，每次迭代都使用细化的网格单元尺寸，以达到指定的目标精度。一旦达到指定的目标精度，SOLIDWORKS Simulation 停止细化网格，并出现 Simulation 窗口，参见图 5.19，通知当前指定的精度水平已满足。

注意：在 H 自适应网格方法中，当达到目标精度或执行了最大迭代次数时，SOLIDWORKS Simulation 停止细化网格。

10. 单击 Simulation 窗口中的确定按钮。结果将根据 H 自适应网格划分在 Simulation 算例树的结果文件夹中更新。此外，模型上更新后的应力分布和 von Mises 应力图解将出现在图形区域中，参见图 5.20。

在 H 自适应网格方法中，施加载荷下模型中的最大 von Mises 应力为 1.230e+02（123.017）N/mm^2（MPa）。您可以注意到使用和不使用 H 自适应方法创建的算例之间的结果差异。

现在，您需要显示 H 自适应网格方法的收敛图表。

11. 在 Simulation 算例树中右键单击结果文件夹，然后在出现的快捷菜单中单击定义自适应收敛图表工具，参见图 5.21。将出现收敛图表 PropertyManager，参见图 5.22。

在 PropertyManager 的选项卷展栏中，您可以选择一个选项来显示相应的收敛图表。在本算例中，您将显示最大 von Mises 应力收敛图表。

12. 选中最大 von Mises 应力复选框，清除 PropertyManager 中的目标精度复选框，然后单击绿色对勾按钮。将出现收敛图表窗口，参见图 5.23。它显示了每次迭代的 von Mises 应力的 H 自适应收敛图表。此外，Graph1 选项将添加到 Simulation 算例树的结果文件夹中。

查看收敛图表后，将其关闭。现在，您需要显示执行 H 自适应网格划分后的网格划分模型，以查看高应力区域的单元尺寸。

13. 在 Simulation 算例树中展开网格节点，然后展开网格品质图解子节点。在 Simulation 算例树中右键单击网格品质图解子节点下的 Quality1 (-Mesh-) 选项，然后在出现的快捷菜单中单击显示工具。网格划分后的模型将出现在图形区域中，参见图 5.24。请注意，模型的高应力区域生成了较小的单元，以达到目标精度。

第 10 节：创建使用 P 自适应网格划分的新静态算例

现在，您需要创建一个使用 P 自适应网格方法的新算例，以与之前创建的算例比较结果。您不必从头创建新算例，可以复制第一个不使用自适应方法创建的算例，并指定 P 自适应参数。

1. 单击图形区域左下角的 Without Adaptive Study 选项卡以将其激活。
2. 在图形区域左下角右键单击 Without Adaptive Study 选项卡，然后在出现的快捷菜单中单击复制算例工具，参见图 5.25。复制算例 PropertyManager 将出现在图形区域的左侧。

3. 在复制算例 PropertyManager 的算例名称字段中输入 P-adaptive Study，然后单击其绿色对勾按钮。将在不同的选项卡中创建一个名为 P-adaptive Study 的新算例。此外，新创建的算例默认被激活，并出现在 Simulation 算例树中，参见图 5.26。

现在，您需要为新创建的算例定义 P 自适应参数。

4. 在 Simulation 算例树中右键单击 P-adaptive Study（算例名称）以显示快捷菜单，参见图 5.27。

5. 单击快捷菜单中的属性工具。将出现静态对话框。
6. 在静态对话框中单击自适应选项卡。用于定义自适应网格方法及相应参数的选项将出现在对话框中。
7. 在对话框的自适应方法区域中选择 p 自适应单选按钮。对话框中 p 自适应选项区域中的选项将被启用，参见图 5.28。

8. 确保在对话框 p 自适应选项区域的停止条件下拉列表中选中了总应变能选项，并且在变化为字段中选择了 1%，作为要达到的收敛准则。这样做后，当两次迭代之间的总应变能变化为 1% 或小于 1% 时，SOLIDWORKS Simulation 停止改变单元的多项式阶次，并且不再执行任何进一步的迭代。
9. 确保在 p 自适应选项区域的最大循环数字段中输入了 4，作为要达到指定收敛准则而执行的总迭代次数。
10. 接受对话框中 p 自适应选项区域中的其余默认参数。接下来，单击对话框中的确定按钮。P 自适应网格划分即已为当前算例指定。

现在，您可以使用 P 自适应网格划分运行分析。请注意，夹具、载荷、材料属性等与原始算例相同。

11. 单击 Simulation CommandManager 中的运行此算例工具。将出现 P-adaptive Study（算例名称）窗口，显示分析的进度。请注意，SOLIDWORKS Simulation 执行四次迭代，每次迭代都使用不同的单元多项式阶次，以达到指定的收敛准则。一旦达到指定的收敛准则，SOLIDWORKS Simulation 停止改变单元的多项式阶次，结果将在 Simulation 算例树的结果文件夹中更新。此外，模型上更新后的应力分布和 von Mises 应力图解将出现在图形区域中，参见图 5.29。如果出现 Simulation 窗口通知某个单元的雅可比比率超出限制，请单击是按钮继续。

在 P 自适应网格方法中，施加载荷下模型中的最大 von Mises 应力为 5.141e+01（51.413）N/mm^2（MPa）。

现在，您需要显示执行 P 自适应网格划分后的网格划分模型，以查看模型高应力区域的单元尺寸。

12. 在 Simulation 算例树中展开网格节点，然后展开网格品质图解子节点。在 Simulation 算例树中右键单击网格品质图解子节点下的 Quality1 (-Mesh-) 选项，然后在出现的快捷菜单中单击显示工具。将出现网格划分后的模型，参见图 5.30。请注意，网格划分后的模型中单元尺寸没有改变以达到目标精度，因为在 P 自适应网格方法中，只有高应力区域的单元多项式阶次发生变化。

第 11 节：比较所有算例的应力结果

在执行三个不同的静态算例（不使用自适应方法、使用 H 自适应方法、使用 P 自适应方法）后，您可以比较结果。在本案例研究中，您需要比较所有三个算例的应力结果。

1. 在任一算例的 Simulation 算例树中右键单击结果文件夹，然后在出现的快捷菜单中单击比较结果工具，参见图 5.31。将出现比较结果 PropertyManager，参见图 5.32。

2. 在 PropertyManager 的选项卷展栏中选择此配置中的所有算例单选按钮。所有已执行的算例将出现在 PropertyManager 中，参见图 5.32。
3. 仅选中所有算例的 Stress1 (-vonMises-) 复选框。接下来，单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。SOLIDWORKS Simulation 的图形屏幕将被分割，并显示所有算例的应力结果，参见图 5.33。

现在，您可以比较所有算例的应力结果。下表总结了所有算例的结果。

算例 | 最大应力 [N/mm^2 (MPa)]

---|---

Without Adaptive Study | 4.842e+01 (48.424)

With H-Adaptive Study | 1.230e+02 (123.017)

With P-Adaptive Study | 5.141e+01 (51.413)

4. 比较结果后，单击图形区域中出现的比较结果窗口中的退出比较按钮。

第 12 节：保存结果

现在，您需要保存结果。

1. 单击标准工具栏中的保存工具。模型及其结果将保存在位置 > SOLIDWORKS Simulation > Case Studies > C05 Case Studies > Case Study 1 中。