一个预应力结构承载的静力学分析方法

    听说过预应力模态分析，预应力静力分析你会做吗？最近开展的线下仿真培训中，学员反馈了一个问题。很少见，但值得研究。问题如下：两零件之间原有距离，其中一个零件受预拉力，和另外零件靠近后，再焊接在一起，之后再承受一定的的压力。

    这个问题在仿真上有两个难点：

    难点一：零件受拉后会产生变形，变形对后续承载压力可能存在影响；

    难点二：零件受拉后会产生应力，应力对后续承载压力可能存在影响；

    几何模型如下所示，两块板存在0.1mm的间隙。左侧板要先产生0.1mm的预变形，然后和右侧板焊接在一起(焊接通过绑定实现)，之后承受0.1MPa的法向压力。

    板厚为0.5mm，网格尺寸为1mm，生成一层二阶六面体网格。

    难点一的解决方案。

    固定约束左右端面。对左侧板的右端面施加0.1mm的强制位移，消除两板之间的间隙。

    分析模块的数据共享方式。

    定义变形后的绑定接触(模拟焊接关系)。绑定算法为MPC。

    施加0.1MPa内压。

    法向变形结果。

    总结：该方法虽然能考虑变形影响，但无法考虑预应力影响。

    难点二的解决方案。

    定义两个载荷步，打开几何非线性。

    固定约束左右端面。

    在第一个载荷步中对左侧板的右端面施加0.1mm的强制位移，消除两板之间的间隙。抑制第二个载荷步。

    在第二个载荷步中施加内压。

    接触定义如下。

    抑制第一个载荷步的接触关系，在第二个载荷步中启用。

    法向变形结果。

    总结：该方法既能考虑变形影响，也能考虑预应力影响。相比分析一的0.097008mm位移，分析二的位移0.022742mm。预应力导致分析结果相差较大。

    本文提供另外一个相近方法，供读者参考。

    在变形后的基础上，施加温度载荷，使得左侧板的右端面产生0.1mm的收缩量。

    定义绑定接触(模拟焊接关系)。绑定算法为MPC。施加0.1MPa内压。

    法向变形结果。

    相比分析一的0.097008mm位移，分析二的位移0.022742mm。温度法的0.024117和分析二更加接近。证明了分析二的结果是正确合理的。所以该学员问题可以通过分析二的方法来解决。