入门教程 | Mechanical 线性静力学分析实操案例
结构仿真常规分类为静力学和动力学分析，细分又区分为线性分析和非线性分析。
本文从最简单的线性静力学分析讲起，从0到1 介绍一个基本的Mechanical 线性静力学分析。
Ansys结构基础造型：静力学入门
概述
对于线性静力学分析有几个假设：
线性假设，不考虑非线性影响（材料非线性、几何大变形以及非线性接触）；
静力学，不考虑时间影响，没有动态载荷。
结构有限元仿真分析是把复杂的几何用有限数量的网格单元来替代，通过计算每个单元的受力情况并进行叠加来获取整体结构的受力状态。
对于最简单的情况，只有一个一维单元（也就是一根弹簧），其受力和变形的平衡方程为：
Kx=F
其中K为弹簧的刚度，x为弹簧的变形量（变形后的长度减去原长度），F为弹簧所受的外力（假设一端固定，一端受力）。
弹簧的刚度由结构的具体形状和使用的材料属性决定，是已知量，仿真当中通过结构建模以及材料的弹性模量及泊松比来确定。F为我们施加的外力，由此，通过平衡方程可求得变形量。
更多的物理量则可以根据理论公式进行计算导出，如应变的计算为单位长度的变形量，根据变形量和原始长度可以求得。应力的计算可以根据胡克定律，线弹性范围内，应力和应变满足以下关系：
σ=E*ε
其中，σ为应力，E为弹性模量，ε为应变。
这些计算均为软件内部计算，不需要工程师手动计算。更复杂的问题也是同样的原理和逻辑。这里我们需要知道，结构受力后的位移和工程上要求的刚度相对应，刚度的定义是抵抗变形的能力；应力反映的是结构单位面积受力情况，和工程上要求的强度相对应，一般是通过应力值和结构材料的各种强度值相比较，来判断结构进入到哪种状态。
我们进一步演化模型，由一个弹簧扩展为一维杆件，一维杆件一端固定，一端受拉力。我们可以将杆件分为均匀的几段，每一段等效为一根弹簧，这样我们得到多根弹簧串联的模型。每一根弹簧均可以构造一个平衡方程，这样我们可以得到一组多元一次方程组。求解这个方程组可以通过消元法，仿真软件则是构造矩阵来实现求解。将单个弹簧的刚度构造出整体结构的刚度矩阵，位移构造出位移矩阵，外力构造载荷矩阵，组装成整体的平衡方程矩阵形式。
【K】{x}={F}
其中，【K】为模型的整体刚度矩阵，{x}为位移矩阵，{F}为载荷矩阵；【K】是一个n*n的矩阵，n是x的个数，也就是自由度数量，{x}和{F}则是n*1的向量。
矩阵求解交给计算机来完成，由此根据物理量之间的关系，就可以推导出其它物理量了。有限元仿真原理远比这复杂，还有更多的构造平衡方程的方式。对于初学者来说，了解以上内容即可，我们也会在后续的内容逐渐丰富讲解更多的内容。
Ansys结构基础造型：静力学入门
Mechanical案例
打开Workbench平台，启动Static Structural（结构静力学）分析模块，Ansys Mechanical的分析有固定统一的模板，方便大家使用，只需要安装模板中的顺序逐步完成即可。
Cell1是分析类型的名称，点击可以拖拽移动位置（当Project Schematic窗口有多个内容时方可移动布局），Cell2为材料属性定义，Ansys自带许多材料库属性，这里我们不做任何修改，使用默认的结构钢材料属性。
Cell3为几何模块，可以读取外部模型，也可以使用自带的几何模块进行建模。这里我们打开SpaceClaim，简单创建一个长方体。
Cell4~7为网格划分，分析设置，求解和结果查看模块，均会在单独弹出的mechanical窗口进行操作。
打开Mechanical后，Connection为接触定义，Mesh为网格定义，这两步跳过（后续会单独讲解），直接跳到Static Structural这一块，右键插入Fixed约束，选取长方体的一个端面；右键插入Force力载荷，选取长方体的另一个端面。
点击Solve进行求解。
求解完成后，右键插入想要的结果，如Deformation（变形、位移），Stress（应力）等等。注意细分中有子项可供选择。
如此，我们便完成了一个基本的Mechanical 线性静力学分析。更多内容我们会在后续逐步展开介绍，诸如每个操作涉及的选项含义和推荐等等，部分内容会以单独专题展开。
以上是一个结构静力学入门内容，希望可以通过这些介绍和操作让大家对结构仿真有个简单的认识，以及对Ansys Mechanical的简单便捷有所感受。
