WELSIM对装配体的结构静力学分析教程

使用WELSIM来进行装配体的结构力学分析是非常便捷的，主要步骤是：（1）定义材料；（2）定义几何体并赋予材料；（3）网格设置与剖分；（4）设定分析以及边界条件；（5）求解设定与计算；（6）读取结果并显示。

新建一个FEM项目，或者读取一个已有的保存项目。打开WELSIM软件后，可以在工具栏上点击新建或者打开按钮，如图所示：

如果是新建项目，会有一个树结构生成，并有一些基本的默认节点生成

如果是打开一个保存文件，会有更完整的树状结构生成（取决于所打开文件的内容）

这里会发现一些每个节点都会有一个指示图标，意义分别如下：

绿色对号：节点设置完成并且正确。

橘黄色问号：节点设置未完成或未更新，需要设置或者更新。

红色感叹号：节点设置与其他设定有冲突，当前状态下不可用，需要调整或者删除。

黑色叉号：节点被压制，在整个分析中不起作用，可以通过设置“Suppress/Unsuppress”来改变这个状态。

1. 定义材料

下面首先来定义分析中所需要的材料及其参数。材料的定义是通过树状窗口中的节点来实现的，在新建的项目中，有一个名为结构钢（StructuralSteel）的材料节点已经默认生成了，如果需要其他材料，可以点击新建材料按钮。

此时会有一个新的材料节点生成，但内容为空，橘黄色的问号也表示此材料节点并未定义。双击材料节点，或右键从菜单栏中选择“Edit”添加材料属性与参数。

材料属性可以直接通过系统预定义的材料添加，用户也可以逐一添加属性。这里我们直接选择系统自带的“Copper Alloy”，内容如下：

点击OK以后，材料编辑窗口会自动关闭，可以发现材料节点变成已定义状态。同时修改材料节点名称便于接下来的识别。

2. 定义几何体并赋予材料

材料定义完成后，我们开始建立或导入几何模型。WELSIM支持定义简单的几何模型，如圆柱体和块体。用户也可以导入由CAD软件生成的STEP模型文件。这里我们自己定义一个由1个柱体，2个块体组成的装配体。如下：

并给中间的圆柱结构赋予CopperAlloy的材料属性。在圆柱体的属性窗口中，点击材料下拉菜单并选择”CopperAlloy”。其他几何体保持默认的结构钢材料。

3. 网格设置与剖分

WELSIM支持全自动网格划分，可以生成Tet10（默认）和Tet4单元。用户可以在MeshSettings节点的属性中定义网格的质量或密度。网格设定属性参数如下：

Maximum Size: 所生成单元的最大尺寸，值越小网格越密。

Quadratic: 生成二阶（Tet10）或者一阶（Tet4）单元，默认为二阶单元。

Mesh Density：在Maximum Size所定义的范围内，生成网格密度不同的单元。有6个选项，Very Coarse, Coarse, Regular, Fine, Very Fine, 和自定义方式。

这里我们根据几何体的尺寸大小，设定单元的最大值为0.5。直接点击网格划分按钮。会自动划分好网格。可以从Mesh的属性窗口中看到，生成了4639个节点，2362个四面体单元。

除了网格生成，WELSIM还提供了网格清除与检查功能：。

用户可以点击网格检查按钮，系统会自动检查网格的质量，并在Output窗口输出网格整体信息。

4. 设定分析以及边界条件

接下来定义接触对，这里有3个工件，需要两个接触对来装配，点击接触节点生成按钮，在树结构中加入两个接触对节点。

接触类型（Contact Type）有三种：Bonded，Frictionless，和Frictional。这里保持默认的固定连接（Bonded）。接下来需要定义Master Geometry和Target Geometry，只需要在几何面选择所需要的面即可，按住Ctrl键可以选择多个面。

在图形窗口选择好Target表面和Master表面后，固定连接就定义完成了。其中一个接触对定义好后显示如下

接下来设定边界条件。由于是静力学分析，很多属性只需要保持默认设置即可。静力学分析中，WELSIM目前支持4种边界条件，分别是，约束，位移，力，和压力。

这里我们添加约束和压力两个边界条件。在约束边界，在几何图形窗口选择一个端面。如下：

对于压力边界条件，选择装配的另一端上的一个面，并给与1e6的压力。

5. 求解设定与计算

在求解的设定上，如图所示系统提供了不同的求解器，这里我们使用默认的MUMPS求解器即可。

设置完成，点击求解按钮即可完成计算。

6. 读取结果并显示

当Output窗口提示求解完毕后，就可以查看结果了。目前结构静力分析提供了4种结果显示，分别是变形，应力，应变，和反作用力。

点击分别变形，应力，和反作用节点，加入3个不同的结果显示节点。在每个结果节点上点击读取显示按钮，双击，或者右键点击都可以读取显示结果了。

如果想显示网格，可以点击Graphics的标签，并将Show Mesh的属性设置为True，即可看到网格和结果云图一起显示出来了。

von-Mises应力的结果显示如下。用户可以查看关键部位的最大应力是否超过材料的许用应力。并做相应的设计优化。

固定端位置的反作用力，大小为5.075e7。