結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真是機(jī)械行業(yè)最基礎(chǔ)也是最重要的仿真類型。結(jié)構(gòu)力學(xué)工況繁多，所以在3DEXPERIENCE平臺(tái)架構(gòu)上有非常多的結(jié)構(gòu)力學(xué)角色供工程師使用。平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析角色均是基于Abaqus求解器，具備非常強(qiáng)大的功能，今天我們主要來(lái)介紹平臺(tái)力學(xué)分析中最基礎(chǔ)的兩個(gè)角色：

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Structural Designer結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師（以下簡(jiǎn)稱SRD）

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Structural Engineer結(jié)構(gòu)工程師（以下簡(jiǎn)稱SLL）

Structural Designer（SRD）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師

Structural Designer（SRD）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，是3DEXPERIENCE平臺(tái)上的一個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)仿真角色，是一個(gè)直觀的設(shè)計(jì)仿真解決方案，適用于結(jié)構(gòu)工程師評(píng)估線性靜態(tài)條件下的產(chǎn)品性能，指導(dǎo)設(shè)計(jì)過(guò)程。SRD支持以下類型的模擬：

○ 線性靜態(tài)分析

○ 模態(tài)分析

○ 屈曲分析

○ 熱-力耦合分析

下面對(duì)SRD中的四個(gè)功能及使用場(chǎng)景做簡(jiǎn)述：

○ 線性靜態(tài)分析：

線性靜態(tài)分析是一種基于線彈性理論的分析方法。它假設(shè)材料行為是線性的，即應(yīng)力與應(yīng)變之間存在線性關(guān)系，并且加載是靜態(tài)的，即載荷是恒定的且不隨時(shí)間變化。這種分析適用于小變形、小位移的結(jié)構(gòu)，通常用于結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)和評(píng)估。通過(guò)線性靜態(tài)分析可以得到結(jié)構(gòu)在靜態(tài)加載下的位移、應(yīng)力等結(jié)果。線性靜力分析是應(yīng)用最廣泛的一類分析類型，通過(guò)線性靜態(tài)分析判斷部件的最大應(yīng)力是否小于材料的屈服極限，這在大多數(shù)工程場(chǎng)景中已經(jīng)足夠使用。

○ 模態(tài)分析：

模態(tài)分析是用來(lái)確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性（固有頻率和振型）的技術(shù)，同時(shí)也是其他動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)。模態(tài)分析的目的是使結(jié)構(gòu)避免共振，或以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，通過(guò)模態(tài)分析，可以認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)對(duì)不同動(dòng)力載荷的響應(yīng)特性。模態(tài)分析重點(diǎn)關(guān)注固有頻率和振型，它假設(shè)結(jié)構(gòu)沒(méi)有外載荷（如熱、壓力、溫度、力等），結(jié)構(gòu)是線性的，并且結(jié)構(gòu)具有恒定的總體質(zhì)量矩陣和總體剛度矩陣，并不隨時(shí)間改變而改變。

○ 屈曲分析：

屈曲分析是一種失效模式計(jì)算，當(dāng)結(jié)構(gòu)受壓應(yīng)力時(shí)可能會(huì)發(fā)生。屈曲的特征是結(jié)構(gòu)桿件突然側(cè)向形變并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。屈曲分析的目的是獲得構(gòu)件的屈曲模態(tài)和臨界載荷。從材料行為實(shí)際工況來(lái)看，屈曲分析又可以分為特征值屈曲分析（線性屈曲分析）和非線性屈曲分析。

○ 熱-力耦合分析：

熱-力耦合分析是一種多物理場(chǎng)分析方法，也是工程中非常常見的工況。它研究溫度場(chǎng)（熱場(chǎng)）和應(yīng)力場(chǎng)（力學(xué)場(chǎng)）之間的相互作用，這種分析對(duì)于理解和預(yù)測(cè)在熱環(huán)境中結(jié)構(gòu)材料的行為至關(guān)重要，因?yàn)闇囟茸兓瘯?huì)導(dǎo)致材料膨脹或收縮，從而在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。在SRD中通過(guò)溫度場(chǎng)分析可以得到零件表面溫度，再與力學(xué)分析結(jié)合可以得到零件的熱應(yīng)力及位移。

Structural Engineer（SLL）結(jié)構(gòu)工程師

Structural Engineer（SLL）結(jié)構(gòu)工程師，是3DEXPERIENCE平臺(tái)上的一個(gè)結(jié)構(gòu)仿真角色，其在SRD的基礎(chǔ)上增加了諧波響應(yīng)和模態(tài)動(dòng)態(tài)分析。同時(shí)SLL也支持高級(jí)網(wǎng)格和高級(jí)單元，多分析步功能也可以在SLL中使用，幫助工程師更好的模擬真實(shí)工況。SLL支持以下類型的模擬：

○ 線性靜態(tài)分析

○ 模態(tài)分析

○ 屈曲分析

○ 熱-力耦合分析

○ 諧波響應(yīng)

○ 模態(tài)動(dòng)態(tài)分析

○ 高級(jí)網(wǎng)格/高級(jí)單元

○ 多分析步

下面對(duì)SLL中的增加功能及使用場(chǎng)景做簡(jiǎn)述：

○ 諧波響應(yīng)分析：

諧波響應(yīng)分析用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受隨時(shí)間按正弦（簡(jiǎn)諧）規(guī)律變化的載荷時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。這種分析可以幫助設(shè)計(jì)人員預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否能克服共振、疲勞以及其他受迫振動(dòng)引起的有害效果。諧波響應(yīng)只計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動(dòng)，不考慮激振開始時(shí)的瞬態(tài)振動(dòng)，分析過(guò)程中，所有載荷以及結(jié)構(gòu)的響應(yīng)都以相同的頻率變化（通常是正弦波形）。諧波響應(yīng)常用于一些旋轉(zhuǎn)設(shè)備（如壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、泵、渦輪機(jī)械等）的支座、固定裝置和部件或者一些受渦流影響的結(jié)構(gòu)，例如渦輪葉片、飛機(jī)機(jī)翼、橋和塔等。

○ 模態(tài)動(dòng)態(tài)分析：

模態(tài)動(dòng)態(tài)分析是一種基于模態(tài)疊加法的分析技術(shù)，用于研究簡(jiǎn)諧激勵(lì)作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在進(jìn)行模態(tài)動(dòng)態(tài)分析之前，必須先提取系統(tǒng)的無(wú)阻尼特征模態(tài)，然后通過(guò)變換使系統(tǒng)解耦，得到一組用模態(tài)坐標(biāo)表示的單自由度運(yùn)動(dòng)方程。模態(tài)動(dòng)態(tài)分析的優(yōu)勢(shì)是分析速度快，耗時(shí)較少，但是不適用于分析具有大阻尼特征的模型或具有粘彈材料（頻變特性）的模型。

這兩種分析方法在工程領(lǐng)域中非常重要，它們可以幫助工程師理解和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在周期性載荷作用下的行為，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性。

○ 多分析步：

繼承自Abaqus多分析步功能，多分析步的目的是將復(fù)雜的分析過(guò)程分解為多個(gè)分析步，便于管理和施加不同的載荷或邊界條件。每個(gè)分析步可以有不同的分析類型，如靜力、動(dòng)力、熱分析等。分析步有很好的靈活性，通過(guò)多分析步的功能，工程師可以模擬復(fù)雜的載荷歷程，包括隨時(shí)間變化的載荷、不同階段的載荷組合以及考慮先前載荷歷程對(duì)后續(xù)分析的影響。

除了本身的仿真功能以外，平臺(tái)仿真角色能夠與桌面CAD軟件實(shí)時(shí)互聯(lián)，通過(guò)將SOLIDWORKS的三維數(shù)據(jù)與平臺(tái)仿真功能打通，實(shí)現(xiàn)MODSIM設(shè)計(jì)仿真一體化。

以上就是本期內(nèi)容，下一期我們會(huì)介紹更加強(qiáng)大的非線性結(jié)構(gòu)分析工具，敬請(qǐng)期待！