workbench使用教程（三大有限元分析软件）

4 几何工具

点击分析树中Geometry或下属零件，工具栏便会出现Geometry工具条。

4.1 质量点

Point Mass是理想的质量点，将零件简化称为一个带质量参数的点，在有惯性载荷的计算中提高了计算速度。

需要注意的是，创建的质量点并不会继承原模型的边界条件与接触关系，也不会自动抑制原模型。所以创建质量点前一般先手动抑制原模型，并通过远程点的形式添加与其他模型的接触关系。

实例3，将图中上方几何体简化为质量点，计算在重力下，下方几何体的变形与应力。

Step1 抑制上方块。创建与下方块关联的远程点，右击分析树Model——Insert——Remote Point，细节窗口中选择下方块的上表面，适当修改高度方向数值，以便观察。

远程点创建

远程点设置

Step2 质量点创建：在Geometry工具条选择质量点，Scope Method选择Remote Point，在Remote Points下拉菜单中选择刚才创建的远程点，质量修改为上方块的质量。

创建质量点

Step3 施加边界条件：固定下方块下端面，给系统时间向下的重力加速度，计算结果如下：

边界条件

计算结果

4.2 分布质量

Distributed Mass设置方法类似于质量点，但是它不是集中质量点，而是在一个面或一条边线上的均布质量

4.3 表面涂层

Surface Coating可以定义表面涂层厚度与材料。

5 坐标系

当导入模型后，Mechanical会自动添加全局坐标系Global Coordinate System。但是很多时候全局坐标系已经不能满足我们的使用要求此时就需要创建用户的局部坐标系。创建坐标系方法如下。

Step1 新建坐标系：在分析树中右击Coordinate Systems——Insert——Coordinate System，便能添加局部坐标系。也可以点击工具栏

图标。右击创建的Coordinate System——Rename，可以修改坐标系名称。

Step2 选择坐标系类型Type：包括笛卡尔坐标系Cartesian与圆柱坐标系Cylindrical。坐标系的ID号在Coordinate System中修改，一般通过程序默认值。

Step3 定义坐标系原点Origin：可以通过在Define By中指定定义方式：几何选择Geometry Selection，全局坐标Global Coordinates。

几何选择是在模型中选择一个点、线、面、体，圆心将将在选择元素的质心。

若选择全局坐标，原点将由全局坐标下定义的X/Y/Z值定义。

Step4 定义主轴方向Principal Axis：在Axis指定主轴，默认为X轴，可以通过在Define By中指定定义方式：几何选择Geometry Selection，全局坐标轴方向Global X/Y/Z Axis。

定义副轴方向Principal Axis：在Axis指定副轴，默认为Y轴，方向定义方法与主轴相同。

6 定义连接

当几何体存在多个零部件时，需要确定零部件之间的相互关系，在Mechanical中可以创建的连接关系如下：

•接触Connect

•网格接触Mesh Connection

•关节连接Joint

•梁连接Beam Connection

•弹簧Spring

•轴承Bearings

•点焊spot Weld

•末端释放End Releaser(应用于梁、壳单元)

•几何体交互Body Interaction (应用于显示动力学中)

其中接触已经在上一篇文章中详细讲解了，此处介绍其他连接方式。

在Cnnections的选项细节窗口中，Generate Automatic Connection On Refresh(在刷新时自动生成连接)默认为Yes，这一设置在设计分析时很有用。

Connections选项

6.1 网格接触Mesh Connection

网格接触可以帮助连接不连续的体之间的网格划分，如以下实例。

实例3，两块面体间隙为0.5mm。使用网格接触使它们接触。

面体间隙

Step1生成网格。

Step2 创建网格接触集合：创建网格接触的工具不是在Connetions工具条内，而是在Mesh工具条呢。点击分析树中的Mesh，工具栏出现Mesh工具条，选择Mesh Edit——Mesh Connection Group，在分析树中便创建了Mesh Edit及其下属的Mesh Connection Group。

创建网格接触

Step3 设置接触：点击Mesh Edit进行细节设置，Generate Automatic Connection On Refresh(在刷新时自动生成连接)改为Yes。

Mesh Edit细节设置

点击Mesh Connection Group进行细节设置，Geometry默认为All Bodies(需要先划分网格)，修改Tolerance Slider到-100，使Tolerance Value值大于0.5。若拖到-100，其值仍小于0.5，可将Tolerance Type改为Value，然后直接修改Tolerance Value的值为0.6。

Mesh Connection Group细节设置

Step4 自动生成网格接触：右击分析树中的Mesh Connection Group——Detect Connections(探测连接)，其下属便生成了两对网格接触，检查是否正确，此处只需要一对，删除其中一对。

右击分析树中的Mesh Connection Group——Generate，网格连接创建成功。

生成网格连接

最后点击分析树的Mesh，可以发现两个面体已经通过网格连接为一体。

网格连接结果

注：也可以通过手动方式创建网格接触：在Step2中选择Manual Mesh Connections，无需进行Step3的设置，只需要在Mesh Connection的细节设置中指定主副几何，同样需要将Tolerance Value设置为大于缝隙值。

手动创建网格连接

6.2 关节连接Joint

Joint核心即为MPC接触形式,采用约束方程定义实体之间或者实体与大地之间的连接关系。

分为固定Fixed、旋转Revolute 、圆柱Cylindrical 、平移Translational 、 槽Slot 、万向节 Universal 、球Spherical 、 平面Planar、套管Bushing、通用General 、点面连接Point on Curve。具体含义将在刚体运动学一文中解释。

6.3 弹簧Spring和梁Beam接触

Spring和Beam接触，用来模拟弹簧和梁的连接，以定义相应的接触关系。两者的创建方法相同，以下以创建弹簧接触为例。

实例4，长条左端施加可转动的约束，上端面时间弹簧接触，在重力的影响下求变形。

实例4

Step1创建弹簧。

右击分析树的Connections——Insert——Spring，便创建了待定义的弹簧接触。

对弹簧接触进行细节设置：Scope设置为Body-Ground，即几何体与地面连接，此处的地面为抽象概念，表示弹簧锚在不动的地方。其余设置如下图。

弹簧接触设置

Step2添加约束条件。

以远端位移约束左端面，只允许竖直平面内的转动，添加竖直向下的重力加速度。计算结果如下。

边界条件设置

计算结果

6.4 轴承Bearing

轴承接触为一个2D弹性单元，可用来限制旋转部件的相对运动和转动。定义轴承时，需要设置刚度矩阵与阻尼矩阵。其含有如下图。

轴承径向刚度与阻尼(平面)

6.4 点焊Spot Weld

点焊连接用来连接不同的零件，其作用与绑定接触一样，但是对象只能选择点。点焊在不同零件直接传递载荷。如下图将两个方块4个顶点一对一点焊，再施加底面的固定与横向的拉力，位移结果如下。

点焊

7 网格划分

网格划分在以往的文章中已经详细解释，但是结构分析中应该注意以下几点：

1，接触面应提供适当精细的网格，以使接触应力平滑分布。

2，对应力应变感兴趣的区域，网格应相应加密，对位移感兴趣而对应力应变不感兴趣的区域，网格可以相应粗大。

3，考虑结构非线性时，网格应适当加密。

8 边界条件

载荷与约束也被称为边界条件，在以往文章已经详细介绍过了，此处不再赘述。

写在最后，Workbench的分析前设置先介绍到这里，分析设置与后处理将在接下来的文章中详解，尽请期待。笔者也是在一边翻资料一边看帮助文件的学习过程，其中一些理论笔者也不大明白，比如轴承接触的刚度矩阵的含义，希望相互交流学习，还望不吝批评赐教。

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