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第1篇　结构与热分析3

第1章　Mechanica简介3

1.1　概述4

1.2　Mechanica的功能特性4

1.3　Mechanica的优点5

1.4　Mechanica Wildfire 3.0的新增功能6

第2章　有限元分析基础7

2.1 概述8

2.2　连续问题的离散化8

2.2.1 实际问题的连续性8

2.2.2　标准的离散系统9

2.2.3　连续问题的离散化9

2.3　单元10

2.3.1　概述10

2.3.2　单元的选择指南10

2.3.3　一些主要单元的介绍11

2.4　边界条件13

2.5　结构分析的基础概念14

2.5.1　概述14

2.5.2　结构强度与刚度分析15

2.5.3　结构稳定性分析17

2.6　结构分析、热分析的理论基础17

2.6.1 通用动力学方程17

2.6.2　通用热学方程19

2.7　有限元分析的一般流程20

第3章　Mechanica界面操作互动21

3.1　基本操作界面22

3.2　工具列22

3.3　后处理操作界面23

3.4　环境与偏好设定23

3.4.1　环境设定23

3.4.2　config.pro设置25

3.5　视图窗口的图标26

第4章　Mechanica分析计算特点27

4.1 工作模式28

4.1.1 集成模式（Integrated Mode）28

4.1.2　独立模式（Independent Mode）29

4.1.3　工作模式的切换29

4.2　工作流程30

4.3　有限元分析（FEA）与几何单元分析（GEA）30

4.3.1　FEA与GEA的单元比较31

4.3.2　FEA与GEA的收敛方式31

4.4　材料性能32

4.4.1 概述32

4.4.2　材料定义34

4.4.3　Mechanica材料的本构关系35

4.5 网格划分36

4.5.1 几何公差36

4.5.2　AutoGEM设置37

4.5.3　AutoGEM控制37

4.5.4　使用AutoGEM建立网格38

第5章　约束及载荷定义39

5.1 概述40

5.2 约束40

5.2.1　位移约束41

5.2.2　对称约束45

5.2.3　规定温度条件48

5.2.4　对流条件50

5.2.5　热分析的循环对称边界条件51

5.2.6　约束组52

5.3　载荷53

5.3.1　集中力载荷53

5.3.2　压力载荷55

5.3.3　轴承载荷56

5.3.4　体载荷57

5.3.5　力矩载荷59

5.3.6　函数功能60

5.3.7　温度载荷64

5.3.8　热载荷64

5.3.9　载荷组65

5.3.10　机构载荷65

第6章　应用理想化模型67

6.1　梁与杆的理想化68

6.1.1 梁单元的几何参考68

6.1.2　梁单元坐标系统68

6.1.3 梁截面69

6.1.4　梁单元定向70

6.1.5　梁端点自由度释放71

6.2　应用梁单元72

6.2.1 悬臂梁72

6.2.2　桁架77

6.3　质量与弹簧的理想化84

6.3.1　质量单元的设定84

6.3.2　弹簧单元的设定85

6.4　应用质量与弹簧单元87

6.4.1 建立桁架模型架构87

6.4.2　建立梁、质量及弹簧单元88

6.5　壳的理想化88

6.5.1 壳单元定义的一般过程88

6.5.2 壳属性90

6.5.3 壳属性类型91

6.6　应用壳单元93

6.7　理想化模型的制作99

6.7.1　模型制作99

6.7.2　实体模型制作99

6.7.3　壳模型制作104

6.7.4　区域108

第7章　组件模型制作113

7.1　界面114

7.1.1　概述114

7.1.2　定义连接界面（Interface）114

7.2　焊缝116

7.2.1　端焊（End Welds）116

7.2.2 围焊（Perimeter Welds）118

7.2.3 点焊（Spot Welds）120

7.3　刚性连接122

7.4　受力连接122

7.5　接触124

7.6　紧固件125

第8章　Mechanica分析与结果检视129

8.1 分析功能130

8.2　结构分析130

8.2.1　线性静力分析130

8.2.2　大变形分析133

8.2.3　模态分析137

8.2.4　预应力静力分析140

8.2.5　预应力模态分析144

8.2.6　屈曲分析148

8.2.7　接触分析152

8.2.8　疲劳分析156

8.3　热分析157

8.3.1　稳态热分析157

8.3.2　瞬态热分析162

8.4　振动分析166

8.4.1　动态时间响应分析167

8.4.2　动态频率响应分析172

8.5　分析与设计研究设置179

8.6　结果检视181

第9章　灵敏度与优化设计研究189

9.1 建立CAD模型与优化设计研究方案的规划190

9.1.1 问题描述190

9.1.2　模型准备190

9.1.3 为测量建立一个基准点191

9.1.4　建立载荷施加区域191

9.2　结构静力分析192

9.2.1 使用理想化模型模拟物理模型192

9.2.2　设定材料性质、约束和载荷193

9.2.3 定义测量194

9.2.4　定义静力分析195

9.2.5　执行结构静力分析196

9.2.6　检视结果196

9.3　结构优化设计197

9.3.1　定义设计参数197

9.3.2 区域敏感度设计研究198

9.3.3　全域敏感度设计研究201

9.3.4　最佳化设计研究204

9.3.5　批处理操作206

9.3.6　检视最佳化设计研究结果207

9.3.7　更新零件208

9.4　本章练习208

第10章　二维问题分析209

10.1　平面应力问题210

10.1.1　建立薄钢板几何模型210

10.1.2　选择平面应力分析类型211

10.1.3　使用2D平板单元模拟薄钢板212

10.1.4　施加载荷212

10.1.5　设置约束212

10.1.6 自动网格划分213

10.1.7　定义分析类型214

10.1.8　执行分析214

10.1.9　查看分析结果215

10.2　平面应变问题216

10.2.1　建立支座几何模型216

10.2.2　选择平面应变分析类型217

10.2.3　使用2D Solid单元模拟支座并定义材料属性217

10.2.4　施加载荷218

10.2.5　设置约束219

10.2.6　定义分析类型219

10.2.7　执行分析220

10.2.8　查看分析结果220

10.3　轴对称问题221

10.3.1　建立压力容器几何模型222

10.3.2　选择2D轴对称模型类型222

10.3.3　使用2D Solid单元模拟压力容器并定义材料属性223

10.3.4　施加载荷223

10.3.5　设置约束223

10.3.6　定义分析类型224

10.3.7　执行分析224

10.3.8　查看分析结果224

10.4　二维问题分析练习225

10.4.1　平面应力问题225

10.4.2　平面应变问题226

10.4.3　轴对称问题226

第11章 一个MP3充电器的静力分析227

11.1 问题分析228

11.2　模型简化处理228

11.3　判断分析为线性还是大变形类型238

11.3.1 判断静力分析为线性还是非线性238

11.3.2　判断几何非线性239

11.3.3　判断MP3充电器各个工况下的几何非线性239

11.4　使用静力分析计算MP3充电器应力与变形239

11.4.1 进入Mechanica Structure环境240

11.4.2　定义材料属性240

11.4.3 为约束建立曲面区域240

11.4.4　施加载荷241

11.4.5　设置约束条件241

11.4.6　使用自动几何工具建立单元网格242

11.4.7　定义静力分析243

11.4.8　执行分析244

11.4.9　查看分析结果244

第12章　梁分析实例249

12.1　桁架的内力及挠度计算250

12.1.1 问题分析250

12.1.2　建立桁架几何模型250

12.1.3　进入Mechanica Structure环境251

12.1.4　使用梁单元模拟桁架251

12.1.5　设置约束251

12.1.6　施加载荷252

12.1.7　定义并执行静力分析252

12.1.8　查看分析结果253

12.2　梁与壳单元组合计算255

12.2.1 问题分析255

12.2.2　建立屋框架几何256

12.2.3　进入Mechanica Structure环境257

12.2.4 定义梁单元与壳单元257

12.2.5　施加载荷259

12.2.6　设置约束260

12.2.7　定义并执行静力分析260

12.2.8　查看分析结果261

12.3　梁的稳定性计算264

12.3.1　在静力分析的基础上定义屈曲分析264

12.3.2　执行屈曲分析264

12.3.3 查看屈曲载荷系数（BLF）和屈曲模态264

12.4　梁的特征值计算265

12.4.1 打开钢桥的几何模型并进入Mechanica Structure环境266

12.4.2　使用梁单元模拟钢桥266

12.4.3　设置约束267

12.4.4　定义模态分析267

12.4.5　运行模态分析268

12.4.6　查看模态分析结果268

12.5　应用梁的优化设计269

12.5.1 钢桥的固有频率特性优化269

12.5.2　结构重量的优化278

12.6　本章练习287

第13章　热-结构耦合分析实例289

13.1　热-结构耦合分析的基本过程290

13.2　热-结构耦合分析实例290

13.2.1 问题分析290

13.2.2　热分析291

13.2.3　结构分析295

第14章　优化设计研究实例299

14.1　问题分析300

14.2　模型分析300

14.3　判断是否为大变形分析300

14.3.1 进入Mechanica Structure环境300

14.3.2　设定材料属性301

14.3.3 使用压缩中间曲面建立壳对301

14.3.4　施加载荷301

14.3.5　设定约束302

14.3.6　使用AutoGEM工具建立单元网格302

14.3.7　建立并执行线性静力分析303

14.3.8　查看分析结果303

14.4　对方案1的研究304

14.4.1　定义全局灵敏度设计研究304

14.4.2　运行灵敏度设计研究305

14.4.3　查看灵敏度设计研究结果305

14.4.4　对方案1的评估306

14.5　对方案2的研究306

14.5.1 包含加强肋的线性静力分析306

14.5.2　对方案2的评估308

14.6　对方案3的研究308

14.6.1　修改模型厚度309

14.6.2　执行静力分析计算修改后模型对载荷的响应309

14.6.3　查看分析结果309

14.7　使用大变形分析验证结果310

14.7.1　使用实体单元划分网格310

14.7.2　建立约束310

14.7.3　定义并执行大变形分析311

14.7.4　查看大变形分析结果312

第2篇　机构运动仿真317

第15章　机构运动学分析317

15.1　机构运动仿真简介318

15.1.1　用户界面318

15.1.2　运动分析工作流程321

15.2　组件模型的建立321

15.2.1　使用约束条件装配322

15.2.2　使用连接装配324

15.3　连接设置325

15.3.1　连接位置的设定325

15.3.2　特殊连接327

15.4　伺服电动机332

15.5　建立运动特性测量334

15.6　定义并执行运动学分析336

15.7　查看运动分析结果338

15.7.1 图形显示测量结果338

15.7.2　结果回放339

15.8　平面四连杆机构运动学分析341

15.8.1　组件装配342

15.8.2　连接设置344

15.8.3　检查模型344

15.8.4　建立伺服电动机345

15.8.5　建立测量345

15.8.6　建立并运行运动学分析345

15.8.7　查看结果346

第16章　机构动力学分析349

16.1　机构动力学分析机构图元350

16.1.1　质量属性设定350

16.1.2　重力351

16.1.3　弹簧351

16.1.4　阻尼器352

16.1.5　力／扭矩353

16.1.6　初始条件354

16.1.7　执行电动机355

16.1.8　组件设置355

16.2　小球碰撞的动态分析357

16.2.1　组件装配357

16.2.2　连接设置358

16.2.3　定义质量属性358

16.2.4　建立凸轮连接模拟碰撞358

16.2.5　检查模型359

16.2.6　定义重力360

16.2.7　建立初始条件360

16.2.8　机构设置360

16.2.9　建立测量361

16.2.10　定义并执行动态分析362

16.2.11 查看测量结果362

16.2.12　结果回放363

16.3　动态、静态和力平衡分析实例364

16.3.1　问题分析364

16.3.2　组件装配364

16.3.3　连接设置365

16.3.4　定义质量属性365

16.3.5　检查模型并建立快照366

16.3.6　建立初始条件366

16.3.7　建立弹簧图元366

16.3.8　建立集中力载荷366

16.3.9　建立结果测量367

16.3.10　定义并执行分析368

16.3.11 查看分析结果368