固体力学

固体力学 接口可用于全三维、二维（平面应力、平面应变和广义平面应变）、二维轴对称、一维（横向平面应力或平面应变）以及一维轴对称建模，其中提供了一种通用的固体结构分析方法，并具有内置的多物理场耦合功能。其丰富的材料模型能够准确描述固体力学问题，并可通过基于方程的建模来轻松扩展这些特征。用户可以使用常数、随空间变化的表达式、各向异性或非线性表达式、查找表，或上述各项的组合来定义材料属性。还可基于自定义表达式来激活和停用单元，并将材料模型指派给内部或外部表面，例如，可以使用这一功能来模拟胶层、垫圈、断裂带或覆层。

壳和膜

在处理薄结构时，使用壳（适用于三维和二维轴对称）和板（适用于二维）单元能够显著提升计算效率，这些方法也可用于分析横向剪切变形，模拟厚壳结构。此外，用户还可以通过在选定表面的法向上指定偏移量，简化涉及全三维几何表示的仿真项目。这些壳单元分析的结果可以通过实体表示进行可视化。

对于薄膜和纤维织物等非常薄的结构，需要采用不含弯曲刚度的分析方法，可以通过膜 接口来实现，其中使用曲面应力单元（适用于三维或二维轴对称）来计算面内和面外位移，包括褶皱效应。在研究这类结构时，通常的做法是从预应力状态开始分析。对于未施加预应力的膜结构，还提供了自动稳定功能。

Time-Explicit Dynamics

Functionality specialized for time-explicit dynamic analysis enables efficient simulation of fast, transient, and highly nonlinear events such as impacts, wave propagation, and metal forming. The interfaces Solid Mechanics, Explicit Dynamics and Truss, Explicit Dynamics use explicit time integration optimized for large deformations, high strain rates, and general contact conditions. The formulation supports many of the nonlinear materials of the Nonlinear Structural Materials Module, including hyperelasticity and plasticity.

The Elastic Waves, Time Explicit interface can be used to compute the transient propagation of linear elastic waves over large domains containing many wavelengths. It uses a higher-order dG (discontinuous Galerkin)-FEM time-explicit method. The interface is multiphysics enabled and can be seamlessly coupled to fluid domains. Application areas range from micromechanical problems to seismic wave propagation.

材料模型

“结构力学模块”提供线弹性、黏弹性和压电材料模型。通过添加非线性结构材料模块或岩土力学模块，用户可以访问包括超弹性和弹塑性模型在内的更多非线性材料模型。

此外，本模块还具备多种扩展现有材料模型的功能，允许用户创建自己的材料模型，可以直接在材料属性的输入框中输入与应力、应变、空间坐标、时间或其他物理场接口中的场相关的表达式，而且在频域分析中支持输入复值表达式。例如，可以添加自定义微分方程以提供非弹性应变贡献。

材料模型可以兼顾多种效应，如热膨胀、吸湿膨胀、初始应力和应变，以及多种类型的阻尼等。材料属性可以是各向同性、正交各向异性或完全各向异性。用户还可以通过提供用 C 语言编写的外部函数来引入自己的材料模型。

载荷与约束

“结构力学模块”提供了多样化的载荷与约束选项。用户可以定义作用于域、边界和边上的分布载荷、随动载荷以及移动载荷，还可以指定包括重力或附加质量在内的总力，并考虑旋转坐标系下的离心力、科里奥利力和欧拉力。

在模型约束方面，软件提供了弹簧和阻尼器，以及指定的位移、速度和加速度。此外，为了减小模型规模和提高建模效率，用户还可以使用周期性边界条件、低反射边界、完美匹配层（PML）和无限元等功能。

动力学和振动

“结构力学模块”提供了全面的瞬态和频率响应分析（包含特征频率、阻尼特征频率和频率扫描）功能。此外，还提供专门用于随机振动和响应谱分析的研究类型。通过前者，用户可以根据功率谱密度（PSD）与频率的函数关系输入不相关和完全相关的载荷，以准确分析塔架上风载荷的影响等。后者则是确定结构对地震和冲击等短期不确定性事件的响应的有效方法。

部件模态综合法（CMS）也称为动态子结构法，利用 Craig-Bampton 方法将线性组件简化为计算高效的降阶模型（ROM）。这些 ROM 组件随后可以在动态或静态分析中使用，从而提高计算效率和内存使用率。

梁、管、桁架和线缆

本模块提供了专用的单元类型，通过横截面属性来模拟梁结构，并使用多种方法来计算细长梁（欧拉-伯努利理论）和厚梁（铁木辛柯理论）。通过预定义的耦合，可以将梁单元与其他单元类型混合使用，以研究梁对实体和壳结构的加强作用。此外，还提供了常见的横截面类型库，并具备对一般横截面进行建模分析的功能。

不仅如此，软件中还预置了可用于模拟只能承受轴向力的细长结构（桁架和线缆）仿真功能，它们还可以用于模拟加强筋。

管的结构分析与梁的结构分析类似，但它通常具有内压，对管中的应力有显著影响。此外，在这种类型的分析中，温度梯度通常只出现在管壁上，而不是整个管段。与管道流模块耦合使用时，可以直接从管道流和热分析的结果中获取内压和曳力对结构的载荷信息。

接触和摩擦

在机械仿真中，物体之间的相互接触是一种常见的情况。软件可以分析静态接触和动态接触，接触物体之间可以具有任意大的相对位移，还可以模拟黏附和滑动等摩擦形式的影响。

接触分析功能还包括在接触物体之间指定黏附和剥离的能力，以及在物体相对滑动时模拟材料因磨损而被去除的过程。

断裂力学

本模块提供多种不同的裂纹仿真方法，支持各种裂纹类型的精确分析。裂纹既可以表示为由单个边界定义的无限薄结构，也可以由几何中不相连的表面来表示，还可以有任意数量的分支和相应的裂纹前沿。模型中可以包含裂纹闭合效应以及裂纹面上的载荷。通过使用 J 积分或虚拟裂纹扩展方法，可以在二维和三维中计算应力强度因子和能量释放率。

通过添加非线性结构材料模块或岩土力学模块，用户可以根据各种准则对脆性材料的损伤和开裂进行建模。

工程特征

“结构力学模块”包含一些出色的结构工程特征，可以帮助用户更快地创建真实世界的模型。这些特征包含如下所述的多种边界条件，可用于模拟刚性区域和运动约束的刚性连接件、带预紧力的螺栓、分析压力容器的应力线性化，等等：

• 刚性连接件
• 刚性域
• 自动处理从 NASTRAN^® 导入的 RBE2 单元
• 螺栓预紧力
• 螺栓螺纹接触建模
• 应力线性化
• 焊接评估
• 安全系数表达式
• 计算实体切口中的截面力
• 载荷工况
• 载荷工况叠加
• 计算有效材料属性
  • 使用代表性体积元（RVE）