案例研究 2：梁的屈曲分析

案例研究 2：梁的屈曲分析

在本案例研究中，您将对长梁执行屈曲分析，请参见图 6.17。确定梁可能开始屈曲时的屈曲载荷或临界载荷。

项目描述

梁底部固定，其顶面承受 14000 牛顿的压缩轴向载荷，请参见图 6.18。梁由 AISI 304 钢材料制成。

项目摘要

在本案例研究中，您将运行梁的屈曲分析，并确定梁在所施加的压缩载荷下的屈曲安全系数。此外，您需要根据梁的屈曲安全系数计算屈曲载荷或临界载荷。

以下顺序概述了案例研究大纲：

1. 启动屈曲分析
2. 应用材料、夹具和载荷
3. 生成网格
4. 运行屈曲分析
5. 显示屈曲安全系数
6. 计算屈曲载荷或临界载荷
7. 保存结果

第 1 节：启动屈曲分析

1. 启动 SOLIDWORKS，然后从位置 > SOLIDWORKS Simulation > Case Studies > C06 Case Studies > Case Study 2 打开 Beam 模型。

注意：如果之前未下载，您需要登录 CADArtifex 网站（cadartifex.com/login）下载 C06 Case Studies 文件。

2. 当 Beam 模型在 SOLIDWORKS 中打开后，单击 CommandManager 中的 Simulation 选项卡。将出现 Simulation CommandManager 的工具。
3. 单击 Simulation CommandManager 中的 New Study 工具。Study PropertyManager 将出现在图形区域的左侧。
4. 单击 Study PropertyManager 的 Advanced Simulation 展开区中的 Buckling 按钮以执行屈曲分析，请参见图 6.19。
5. 在 PropertyManager 的 Name 展开区的 Study name 字段中输入 Beam Buckling Study，请参见图 6.19。

6. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。梁屈曲算例将添加到 Simulation Study Tree 中，请参见图 6.20。此外，由于 SOLIDWORKS Simulation 自动将几何体识别为梁并计算其节点，节点将出现在图形区域的梁构件上（请参见图 6.21）。

第 2 节：应用材料、夹具和载荷

现在，您需要将材料、夹具和载荷应用到梁上。

1. 通过单击 Simulation CommandManager 中的 Apply Material 工具调用 Material 对话框，然后应用 AISI 304 钢材料。接下来，关闭对话框。

现在，您需要应用固定几何体夹具。

2. 右键单击 Simulation Study Tree 中的 Fixtures 选项，然后在出现的快捷菜单中单击 Fixed Geometry 工具。将出现 Fixture PropertyManager。
3. 在图形区域中选择出现在梁底部的黄色节点，请参见图 6.22。接下来，单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮。固定几何体夹具将施加到梁的底部节点。

现在，您需要在梁的顶部节点施加压缩轴向载荷。

4. 右键单击 Simulation Study Tree 中的 External Loads 选项，然后在出现的快捷菜单中单击 Force 工具。将出现 Force/Torque PropertyManager，请参见图 6.23。

默认情况下，PropertyManager 的 Selection 展开区中的 Vertices, Points 按钮 处于激活状态。因此，您可以选择梁构件的顶点和点来施加载荷。选择 Joints 按钮 后，您可以选择梁节点来施加载荷。

5. 单击 PropertyManager 的 Selection 展开区中的 Joints 按钮 以选择用于施加载荷的梁节点。
6. 选择顶部梁节点。所选梁节点的名称将出现在 PropertyManager 的 Selection 展开区的字段中。
7. 单击 PropertyManager 的 Selection 展开区的 Face, Edge, Plane for Direction 字段。接下来，展开 FeatureManager Design Tree，然后单击 Top Plane 作为参考平面以定义力的方向，请参见图 6.24。

8. 确保在 PropertyManager 的 Units 展开区的 Unit 下拉列表中选择了 SI 作为单位。
9. 单击 PropertyManager 的 Force 展开区中的 Normal to Plane 按钮，然后输入 14000 作为梁上的轴向载荷，请参见图 6.25。

10. 在 Force 展开区中选择 Reverse direction 复选框以将力的方向反转向下，请参见图 6.26。
11. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮。指定的压缩轴向载荷将施加到梁上。

第 3 节：生成网格

1. 右键单击 Simulation Study Tree 中的 Mesh 选项，然后在出现的快捷菜单中单击 Create Mesh 工具。将出现 Mesh Progress 窗口，梁的网格划分过程开始。完成后，带有梁单元（由空心圆柱体表示）的网格化梁将出现在图形区域中，请参见图 6.27。

第 4 节：运行屈曲分析

1. 单击 Simulation CommandManager 中的 Run This Study 工具。将出现 Beam Buckling Study（算例名称）窗口，显示分析进度。完成后，Results 文件夹将添加到 Simulation Study Tree 中，其中包含第一个振型的合成振幅。此外，梁的第一个振型将出现在图形区域中，请参见图 6.28。

第 5 节：显示屈曲安全系数

现在，您需要显示梁的屈曲安全系数。

1. 右键单击 Simulation Study Tree 中的 Results 文件夹，然后在出现的快捷菜单中单击 List Buckling Factor of Safety 工具。将出现 List Modes 对话框，请参见图 6.29。

注意：List Modes 对话框显示指定数量的屈曲模态以及每个模态相关的屈曲安全系数。默认情况下，SOLIDWORKS Simulation 计算第一个屈曲安全系数，因为第一个屈曲载荷因子始终较小，并且对于任何给定载荷，它首先出现。但是，如案例研究 1 中所述，您可以指定多个屈曲模态及相关的屈曲安全系数供程序计算。

计算出的屈曲安全系数为 0.57331。这意味着设计被认为是失败的，当所施加的载荷等于 8026.34 N [14000（所施加的载荷）X 0.57331（屈曲载荷因子）] 时开始出现屈曲。请注意，由于您系统上安装的 Service Pack 不同，结果可能会有所差异。

第 6 节：计算屈曲载荷或临界载荷

现在，您需要计算梁可能开始屈曲时的屈曲载荷。

1. 使用以下公式计算屈曲载荷：

屈曲载荷 = 屈曲载荷因子 X 所施加的载荷

= 0.57331 X 14000

= 8026.34 N

第 7 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。模型及其结果将保存在位置 > SOLIDWORKS Simulation > Case Studies > C06 Case Studies > Case Study 2。
2. 关闭 SOLIDWORKS Simulation 会话。