数值模拟为工程师提供了一种评估和深入了解其设计的有效方法。然而，第一步是确定要包含的几何形状和详细程度。例如，如果我们要设计汽车的刹车片，我们可以只知道刹车片的几何形状吗？或者我们需要对整个制动系统进行建模吗？我们是否需要包括汽车的整个几何形状，甚至道路的几何形状？
分析的目标决定了我们需要包含多少几何细节才能获得高效而准确的解决方案。我们不想仅仅为了评估刹车片的性能而对整个世界进行建模，但如果需要考虑与其他部件的相互作用，我们可能无法准确地单独模拟刹车片。在本讲座中，我们将探讨执行应力分析的具体案例的思维过程和工作流程。
在开始任何分析之前，我们需要解决一些重要的问题，例如我们应该包含多少几何图形？要理解这个问题，我们需要首先确定感兴趣的关键部分并确定分析的载荷路径。
了解关键部件并确定载荷路径
考虑载荷路径将帮助我们了解载荷来自何处、系统连接到什么以及是否需要包含额外的几何体。例如，如果我们只想对起落架进行应力分析，是否需要包括连接到起落架的飞机的其余部分？对于起落架，载荷来自哪里，我是否需要表示诸如跑道这样的几何元素?
另一方面，我们可能不想在 CAD 模型中添加更多的零件，而是想问一下我们已有的 CAD 几何体是否已经包含比模拟所需的更多零件。如果我们只对某个部件或子组件的性能感兴趣，我们是否可以简化其他不感兴趣的部件？
例如，如果我们对起落架组件中减震器的行为感兴趣，我们是否可以简化甚至移除其他部件，例如轮胎？如果这些部件确实不需要，从我们的分析中移除它们将节省我们设置和求解分析的时间。 当我们抑制或忽略与主要几何体相互作用的部分时，我们会用边界条件表示它们的影响。
采用边界条件代表移除的组件
回到起落架的例子，如果飞机停在跑道上，我们可能会在垂直方向上约束轮胎的底部。我们可以进一步简化这一点，因为从轮胎到轴的负载分配很简单，因此我们可以抑制轮胎并仅约束轴。施加到起落架顶部的力可以代表飞机的重量，我们需要有适当的支撑来防止横向移动，因为起落架不能自由地左右移动。
我们根据负载路径和零件的相对刚度做出这些决定。例如，与起落架相比，跑道非常坚硬，因此在静态分析中用支撑表示地面的影响可能是一个合适的近似值。然而，如果存在影响载荷分布的柔性部件，我们可能需要考虑包括这些部件，比较好的一点是我们可以使用粗网格对这些部件进行网格划分，并且仍然获得有效的解决方案。
了解要包含的几何细节级别
现在让我们将注意力集中在特定零件的几何细节以及它们与我们的目标之间的关系。例如，当我们对装配中的部件进行应力分析时，我们可能希望排除小细节，例如印记、装饰字母等。我们还可以通过将小面和长条面合并成更大的面片来消除它们。
最小化模型上的几何细节可以帮助我们显著减小网格尺寸并使分析运行得更快。让我们以自行车刹车杆为例，解决我们刚才在执行应力分析过程中讨论的问题。在这里，我们正在 Ansys SpaceClaim 中查看自行车制动杆几何形状。
在此模拟中，我们有兴趣检查刹车接合时铝制杠杆部件的应力和变形。现在，让我们考虑对哪些几何体进行建模，并决定此模拟中包含的细节级别。
首先，关于外壳部分。我们知道它固定在车把上，杠杆部分可以通过螺栓绕它转动。假设外壳比杠杆硬得多，因此我们将在模拟中排除这一部分。在SpaceClaim中，我们可以转到结构树，右键单击零件，然后选择“抑制物理”。也可以通过取消选中此框来隐藏零件。同样地，可以隐藏或抑制钢索螺母。
现在让我们转向把手和壳体部分之间的螺栓连接。 看看螺栓和螺母—我们可以看到两者都有螺纹。 这些螺纹可以显著增加模型中的节点和元素数量，从而增加仿真时间。
如果我们对螺栓的螺纹部分感兴趣，我们可能希望保留这些细节，但在这个模拟中，请记住把手是我们感兴趣的部分。 因此，保留螺栓螺纹等细节无助于我们的目标。 因此，我们可以删除螺纹以简化几何形状以进行网格划分。 然后在把手和螺栓之间进行摩擦接触。 或者，在这种情况下，我们可以通过用允许旋转的边界条件来替换螺栓和螺母以进一步简化几何形状。 这意味着我们可以在 SpaceClaim 中抑制螺栓和螺母，并且稍后将在 Ansys Mechanical 中应用边界条件。
我们需要考虑的另一个边界条件是线缆的刚度。在此模型中，我们可以使用具有指定刚度的弹簧来表示线缆。弹簧连接该孔和螺母的底部区域。
我们需要在盖形螺母底部区域创建一个坐标系，以便我们可以在 Ansys Mechanical 中使用它来定义弹簧的位置。在 SpaceClaim 中创建“Origin”（局部坐标系），在这里选择内圆边，然后单击“Origin”。该坐标系将传递给 Mechanical。
现在让我们考虑如何将负载从手施加到杠杆上。我们需要考虑的是我们施加这个负载的区域的大小，因为根据不同的手的尺寸，施加负载的区域可能不同。在 SpaceClaim 中，我们可以将正确的手的尺寸投射到杠杆上。单击菜单中“设计”选项卡中的“投影”工具。在这里，选择要投影到控制杆上的手指面。
现在，SpaceClaim 中的准备工作已经完成了。您可以看到，虽然我们从复杂的装配开始，但通过仔细考虑制动系统的行为，我们最终得到了单个组件。让我们打开 Ansys Mechanical 来完成模型的设置并运行解决方案。
打开零件，注意到之前的建立的坐标系也一起导入进来了，将零件材料设为铝合金。
点击把手上面的圆孔，插入弹簧模拟钢索：
弹簧连接类型为Body-Ground，弹性系数为20N/mm，参考点为”Original”坐标系。
在下面的圆孔插入圆柱支撑模拟螺栓锁紧的情况，径向和轴向为固定，切向为自由，意味着它只可以绕轴旋转。
添加力的载荷为15N。
运行模拟，查看结果（网格大小为1mm）
变形结果：
应力结果：
整体变形动画：
小结：
1、哪些几何元素要包括？- 决定于物理原理和分析对象。对于应力分析，我们要考虑零件的相对刚度和载荷路径，来确定是否可以用边界条件或力来抑制和替换零件，或者如果零件的灵活性会影响分析结果，则我们要保留零件。
2、几何的细节决定于感兴趣的区域。经验法则：
高兴趣区域 – 高的细节
低兴趣区域 – 少的几何，粗的网格
