STAR-CCM+：工字型悬臂梁仿真

1、根据Euler–Bernoulli beam theory计算工字型悬臂梁受力后的变形特征。

1、打开STAR-CCM+，新建simulation，选择Parallel on Local Host，Compute Processes根据PC配置选择，点击OK。

2、点击File > Import > Import Surface Mesh，导入Ibeam.x_b模型文件，保存为IBeam.sim。

1、点击Continua > New > Physics Continuum，命名为Beam Physics，设置solid stress模型。

2、展开Beam Physics > Models > Solid > Al，右键Replace with，选择UNSS44600 (Ferretic Stainless Steel)。

3、展开Continua > Beam Physics > Models > Material Law Models，右键Material Laws新建材料准则，命名为Isotropic Linear Elastic。模型选择Linear Elasticity、Isotropic Linear Elasticity。

4、展开Beam Physics > Models > Solid > UNSS44600 > Material Properties > Material Law，Type选择Isotropic Linear Elasticity。

5、密度设为7500 kg/m^3，杨氏模量为200 GPa，泊松比0.3。

1、将零件Assign到Region。应力分析的边界条件是利用segment直接在Part Surface上施加，分配到Region时可以将所有surface合并为一个boundary。

2、施加载荷条件。点击Regions > Beam，右键Create Segment，命名为Shear Load。

3、点击Segments > Shear Load，Type选择Load，Surfaces选择free side - lower flange、free side - upper flange、free side - web。

展开Shear Load > Physics Conditions > Solid Stress Loads，Method选择Force。

展开Physics Values > Force，设为[0.0, -800.0, 0.0] N。

4、施加约束条件。新建Segment，命名为Web Constraint，Type选择Constraint，Surfaces选择wall side - web。

展开Web Constraint > Physics Conditions > Solid Stress Constraints，Method选择Fixed。

5、新建Segment，命名为Flanges Constraint，Type选择Constraint，Surfaces选择wall side - lower flange、wall side - upper flange。

展开Flanges Constraint > Physics Conditions > Solid Stress Constraints，Method选择Normal Displacement。

展开Physics Values > Normal Displacement，设为0.0 m，即只固定法向位移，其他方向可以移动。

1、点击Geometry > Operations > New > Mesh > Directed Mesh，Input Parts选择Beam。

2、右键Directed Mesh设置网格。Source Surfaces选择wall side - lower flange、wall side - upper flange、wall side - web，Target Surfaces选择free side - lower flange、free side - upper flange、free side - web。

3、右键Source Meshes > New Source Mesh > Patch Mesh，Input Parts选择Beam。

点击Auto-populate feature edges with patch curves图标（左起第一个），自动分割特征线。

创建捕捉点。点击Split the selected patch curve图标（右起第一个），Split Patch Curve Option选择At Picked Location，鼠标点击创建两个捕捉点，完成后点Esc退出。然后，依次点击两个捕捉点，调整其x坐标位置。

点击Create Patch Curve图标（左起第二个），利用捕捉点分割特征线。

4、重复步骤3，分割下法兰面的特征线。

5、将Mode改为Patch Mesh。选择沿Flange length方向的特征线，Number of Divisions设为7。选择沿Beam height方向的特征线，Number of Divisions设为19。剩余特征线的Number of Divisions设为1。完成后关闭编辑窗口。

6、右键Mesh Distributions选择New Volume Distribution，Input Parts选择Beam。

7、展开Mesh Distributions > Volume Distribution > Default Controls > Number of Layers，设为70，点击Close Directed Mesh。

8、点击Geometry > Operations > Directed Mesh，右键Execute生成六面体网格。

这里的六面体网格共有8个节点，可以通过增加边中节点提高计算精度。展开Regions > Beam > Physics Conditions > Mid-side Vertex Option，Mid-side Vertex选择Add - Linear Interpolation，这样每条边的中心增加一个节点，一个单元共计20个节点。

1、监测轴向应力张量。新建Scalar Scene，命名为Stress。Scalar Field选择Stress Tensor > Laboratory > k,k，单位为MPa；Parts选择Parts > Beam，Contour Style选择Smooth Filled。 点击Color Bar，将Title Height设为0.04，Label Height设为0.035。

2、点击Derived Parts > New Part > Warp > Vector Wrap。Input Parts选择Parts > Beam，Vector选择Displacement，勾选Auto Scale，选择No Displayer，点击Create。

3、监测变形位移。复制Stress Scene，命名为Displacement，Scalar Field选择Displacement > Laboratory > j，单位mm，Parts选择Vector Wrap，其他不变。点击Outline 1，勾选Surface，Opacity设为0.2。

1、点击Derived Parts > New Part > Probe > Point，Input Parts选择Parts > Beam，点坐标设为[50, 100, 0] mm，勾选No Displayer，点击Create，命名为Corner-Point。

复制Corner-Point，命名为Mid-Point，点坐标改为[0.0, 100, 0.0] mm。

2、监测最大应力。右键Reports选择New Report > Maximum，命名为Stress [k,k]，Field Function选择Stress Tensor [k,k]，单位选择MPa，Parts选择Corner-Point，勾选Smooth Values。

复制Stress [k,k]，命名为Stress [k,k] near Fixed Constraint，Parts选择Mid-Point。

1、展开Stopping Criteria，Maximum Steps设为2，勾选Displacement Criterion和Force Criterion。

2、保存，初始化，提交计算。

1、位移分布。仿真最大位移约为4.67 mm，理论值为4.63 mm，误差小于1%。

2、应力分布。Run Report，Corner-Point的最大应力为17.4 MPa，Mid-Point的最大应力为18.6 MPa。