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Solidworkssimulation理论基础建立数学模型建立有限元模型Simulation单元类型Simulation中三维单元有：一阶实体四面体单元和二阶实体四面体单元；二维单元有：一阶三角形壳单元和二阶三角形壳单元；一维单元有：梁单元实体单元示例Simulation中的单元类型将零件划分成小的四面体单元，并计算每一个单元上的变形，从而解出整个零件的变形。Simulation中的单元类型一阶（草稿质量）四面体单元共有四个节点，每个角上有一个。每个节点有三个自由度，意味着节点可完全由三个位移分量来表示。Simulation中的单元类型二阶（高质量）实体四面体单元有十个节点（四个角点和六个中间节点），并且每个节点又三个自由度。壳单元示例将面划分成小的三角形单元，并计算每一个单元上的变形，从而解出整个零件的变形。Simulation中的单元类型一阶（草稿质量）三角形壳单元有三个节点（分布在角上），并且每个节点有六个自由度，意味着它的位移可完全由三个平移分量和三个转动分量描述。Simulation中的单元类型Simulation中的单元类型二阶（高质量）三角形壳单元有六个节点：三个角节点和三个中间节点。意味着位移可由三个平移和三个转动组成。梁单元示例Simulation中的单元类型将框架划分成小的梁单元，并计算每一个单元上的变形，从而解出整个零件的变形。Simulation中的单元类型两节点梁单元的形状在初始时为平直的，但可以假定形状在变形发生后为三次方的一个函数。梁单元在每个端点处都有六个自由度。草稿品质（一阶）及高品质单元（二阶）•一阶单元：仅在对特定目标进行分析时使用，如证实载荷或约束的方向。•二阶单元：准备用来作最后计算的算例均应该采用高品质单元。FEA计算•有限元网格中每个节点的自由度构成了未知量。–在结构分析中，节点的自由度可以被看作节点的位移。位移是基本的未知量，总是被最先计算。–热分析中，基本的未知量是节点温度。而温度是标量，因此对于每个节点，只有一个未知量需要求解。当载荷应用到实体时，实体通过产生内部力（一般来讲每个点都不一样）而尝试吸收其影响。这些内部力的强度称为应力。应力单位为每单位面积的力。应力分量以一个受压条为例。P点的应力状态可根据任意基准面来描述。虽然合成应力总是相同，但应力分量的数值取决于所选基准面。FEA结果解释—应力应力要通过幅值、方向以及其作用的基准面来描述。某点的应力状态可按以下分量予以完整描述：SX：X方向上的应力垂直于YZ基准面SY：Y方向上的应力垂直于XZ基准面SZ：Z方向上的应力垂直于XY基准面TXY：Y方向上的应力作用于垂直于X方向的基准面（YZ基准面）TYX：X方向上的应力作用于垂直于Y方向的基准面（XZ基准面）TXZ：Z方向上的应力作用于垂直于X方向的基准面（YZ基准面）TZX：X方向上的应力作用于垂直于Z方向的基准面（XY基准面）TYZ：Z方向上的应力作用于垂直于Y方向的基准面（XZ基准面）TZY：Y方向上的应力作用于垂直于Z方向的基准面（XY基准面）▪SX、SY以及SZ称为正应力。TXY、....、TZY称为剪应力。剪应力的关系如以下方程式所示：TXY=TYX、TXZ=TZX和TYZ=TZY。因此某点的应力状态要通过六个分量来完整定义。FEA结果解释—应力某一点的应力状态由6个分量定义：3个拉(压)应力和3个剪应力-这些分量与局部坐标系相关VonMises应力=VONMises应力是与坐标系无关安全系数=材料的极限应力/模型中vonMises应力主应力–在某一局部坐标系下，3个剪应力为零时3个拉(压)应力称为主应力FEA结果解释应变是指长度δL的变化与原始长度L之比。应变是一个无量纲的量。应变=δL/L。FEA结果解释—应变Simulation静态分析的使用限制•Simulation静态分析在下列假设下进行–材料是线性的–小变形（结构响应）–静态载荷线性分析所有的材料用于SolidworksSimulation和SolidworksSimulationProfessional的材料，应力和应变成正比。线性分析小变形任何结构在加载下均会变形。在Simulation中,我们假设变形很小。什么是小变形的确切含义呢？通常的解释是变形相对于结构的整体尺寸来说很小。注意变形大小并不是判断“小变形”或“大变形”的因素，真正的决定因素是看变形是否显著地改变了结构的刚度（抵抗变形的能力）。静态载荷•静态载荷–假设所有的载荷和约束，都不随时间改变。此限制条件意味着加载过程必须十分缓慢以至可以忽略惯性效应，快速施加的载荷将会引发附加的位移、应力与应变。Simulation分析流程1.材料？–Steel10402.工作状况–压力还是力–螺栓联接还是焊接3.Simulation中的模型–网格与求解4.设计合理吗(查看结果)–安全系数–应力分布第1章学习目标•全面了解Simulation界面•用实体网格运行一个线性静态分析-静态•几何外形•材料属性•载荷•约束•了解网格密度对位移和应力结果的影响•采用不同方法显示有限元计算结果•管理结果文件•获取有用的帮助SolidWorksSimulation界面分析树算例页面ToolbarCommandManager页面分析库Simulation算例顾问矩形带孔钢板•项目描述–支撑及加载条件•一侧固定支撑•一侧110000N材料：AISI304模型尺寸：长200mm；宽100mm，高10mm，孔直径为40mm力学模型预处理总结要素名称操作误差的影响几何模型创建模型自主创建。不确定性极少材料属性从材料库中选择，不考虑缺陷和表面条件。相对模型，有更多的不确定性定义载荷通过菜单操作，其选择包含了丰富的背景知识和假设。定义载荷时会产生较大的理想化误差定义约束通过菜单操作，误差常来自过约束模型，其结果是结构过于刚硬，并低估了实际变形量和应力值。易产生较大的误差几何模型材料载荷约束不确定性对比划分网格—标准网格•网格大小–缺省值是系统基于SolidWorks模型几何形状的形状自动建立的。使用缺省值可以使离散化误差保持在可接受的范围内，同时计算时间较短。–它是按包围一个单元的球体（实体单元）或圆（壳单元）的直径来定义的。–公差表示了网格特征单元的尺寸范围，如单元大小为0.225in，公差设定为0.011，则所有单元的尺寸均在0.214~0.236in范围内。–当网格划分失败时，提高公差可能会有帮助。高级草稿品质网格：一阶单元实体的自动试验：指定网格器自动使用一个较小的整体单元大小再次对模型进行网格化。整体单元大小和公差为每次尝试所减小的比率为0.8。划分网格—基于曲率的网格•在高曲率区域中生成更多网格，在低曲率区域中生成较少网格。–圆中最小单元数：此选项在单元大小介于最大值最小值之间时有效。Simulation2009以后及2009版本功能，可以合理分配网格资源波节应力与单元应力•波节值–使用线性插值法生成平滑图解。•单元值–在单元的中心生成应力（每个单元都有一个值/颜色）。•说明–单元应力和波节应力一般是不同的，但二者间过大的差异说明网格划分不够精细。结果的后处理•修改图表选项•修改图解的设定•创建截面剪裁•创建ISO图解•探测应力结果•定义第一主应力、位移图解多个结果的比较网格密度单元大小/mm最大位移值/mm最大vonMises应力/MPa自由度数单元数节点数粗糙算例11.45（最左端）5.699E-354472792614212699默认算例5.72（默认）5.709E-36100835874697912143精细算例2.86（最右端）5.712E-3608002500445476083843由表中看出，最大位移随着网格的精细度提高而增加。即模型随自由度的增加而变得柔软。单元个数的增加同时也更接近真实的位移和应力场。有限元中，位移是基本的未知量，应力通过位移计算而来。持续提高网格的精细程度，应力和位移将趋于有限值（即为数学模型的解），此过程即为收敛过程。创建多个算例网格细化后，应力差异巨大的原因•位移是有限元的主要未知量，比应变和应力更准确。要得到满意的应力结果，需要精细得多的网格。•应力的极值常出现在曲率变化大的地方，如圆角区域。要获得满意的结果，这些区域需要网格细化。主要结果PrincipalStress(mesh1study)vonMisesStressanddisplacements(Mesh2study)vonMisesStress(Mesh3study)•理论计算可以得出最大主应力的值：与理论值比较第1章:问题•有限元预处理的步骤；•网格密度对分析结果的影响，怎样划分网格比较合理。夹具的类型及属性外部载荷的类型及属性•对装配体的结构分析•应用全局/局部接触条件问题描述•本章将分析一个简单的工具-虎钳，它包括四个部分：两个相同的钳臂、一个销钉和一块被夹住的平板。•计算当一个225N的挤压力作用在钳臂的末端时，钳臂上的应力分布。•材料：合金钢（ss）•当一个225N的“挤压”力作用在钳臂的末端时，钳臂上应力分布。225N225N固定i)全局无穿透ii)局部接触定义接触/缝隙层次关系全局和零部件接触仅应用于初始接触的区域大多数情况下，三种接触可能会被同时使用全局接触•默认：接合•全局接触条件–无穿透–接合–允许贯通•零部件接触–取消勾选全局接触–覆盖全局接触局部接触定义•结构分析–无穿透–接合–允许贯通–冷缩配合–虚拟壁•热分析–绝缘–热阻–接合•为接触面添加摩擦•为初始间隙设定条件零部件的接触类型局部接触类型无穿透的局部接触条件•无穿透–在“源”与“目标”之间进行定义；–源：可以是点、边线或面，建议“源”的网格优于“目标”网格；–目标：为面，应比“源”的几何体更大更光顺。无穿透的局部接触条件•无穿透中的选项–节到节：源与目标实体必须一开始就接触且没有显著的滑移（仅挤压）。–节到曲面：源由有限元的节点表示，目标由曲面表示。•需要较多的计算量，接触的方向及摩擦力会在分析过程中不断更新。•适合边线到面的接触。–曲面到曲面：源和目标都由有限元的子面来表示。•需要更多的计算量。干涉检查主要结果VonMisesstresses-Globalcontact(225Nforce)问题描述及求解•确定钳臂接触所需力的大小•编辑力的大小•使用局部接触–无穿透：以阻止两钳臂之间相互穿透•重新划分网格并解算主要结果VonMisesstresses–Withcontact(2000lbforce)•可用的全局接触条件类型有：•可用的局部接触条件类型有：•零部件/局部【无穿透】只应用于初始接触面，而零部件/局部接触可以允许存在？•为了简化分析，平板零件被压缩并且在虎钳上应用【固定】边界条件，此假设成立的条件是？问题项目描述：本例将分析一个结构简单的双环装配体，环的外侧在拉力3.5MPa作用下使每个环承受接触压力。如图所示，在U形支架的平板施加3.5MPa的压力载荷，卡住大圆环的平板被固定约束。环外侧的作用力使每个环承受接触压力。两个环的材料均为合金钢ss。固定约束部分约束约束零件TwoRingsPart2使其只能在载荷方向上移动，如图所示小环上的三个圆柱面施加3.5Mpa的压力定义相触面组如图所示大小环圆柱面分别为“组1”和“组2”应用网格控制如图所示大小环圆柱面，单元网格大小2mm，其他网格默认大小求解1、应力大小2、位移大小3、比较分析不设置相触面组的结果4、比较分析不进行网格控制的结果5、并针对上述两种情况得到相应分析结论冷缩配合当零件采用冷缩配合的方式进行装配时，在没有外力的情况下也会产生内部应力。该装置中零件rim以过盈配合方式套到零件hub上，计算由于冷缩配合所产生的应力大小。rim（轮缘）半径为121mm（2.382in）承受一外半径为121.45mm（2.391in）的hub（轮毂）的压力作用本例学习目的：1、冷缩配合2、对称简化压缩特征：压缩对分析基本无影响的特征（rim上的rounds，hub上的round1和round2