Solidworks 2023三維設(shè)計(jì)及應(yīng)用教程 課件 7.1 有限元分析快速入門

歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實(shí)例7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4耦合場分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元的建模策略目的要求目的：通過簡單實(shí)例了解有限元分析相關(guān)術(shù)語，歸納總結(jié)通用分析步驟。重點(diǎn):有限元分析的三步曲。

難點(diǎn):有限元分析的特點(diǎn)及相關(guān)術(shù)語。7.1.1引例-單向拉伸分析問題分析（1）畫模型（2）定類型（3）選材料（4）分網(wǎng)格（5）添約束（6）加載荷（7）求結(jié)果（8）顯動(dòng)畫（9）下結(jié)論（1）畫模型（2）定類型【solidworks插件】>SolidWorksSimulation【Simulation】>【新算例】>【靜應(yīng)力分析】>【確定】（3）選材料

右單擊【零件】>【應(yīng)用/編輯材料】>選【普通碳鋼】（4）分網(wǎng)格

右單擊【網(wǎng)格】>【生成網(wǎng)格】>【確定】接受默認(rèn)網(wǎng)格（5）添約束

右單擊【夾具】>【固定幾何體】>選圓柱底面，【確定】（6）加載荷

右單擊【外部載荷】>【力】>選頂面，5000N，【反向】>【確定】（7）求結(jié)果

單擊【運(yùn)行】（8）顯動(dòng)畫

右單擊【應(yīng)力】>【動(dòng)畫】（9）下結(jié)論計(jì)算精度分析-可信度最大應(yīng)力102.6MPaS=F/A=500/(3.14*4*4)=99.5MPa零件強(qiáng)度校核-可靠度小于屈服極限235MPa，不會(huì)屈服。演示視頻單向拉伸分析演示過程總結(jié)

由以上引例可歸納出通用有限元軟件分析三步曲為:前處理：畫模型，定類型，設(shè)屬性，分網(wǎng)格。求解：添約束，加載荷，查錯(cuò)誤，求結(jié)果。后處理：列結(jié)果，繪圖形，顯動(dòng)畫，下結(jié)論。小結(jié)通過一個(gè)簡單標(biāo)準(zhǔn)試件模型：介紹了Simulation的界面總結(jié)了有限元分析的主要步驟進(jìn)行了理論值與有限元解的比較作業(yè)要求

課后熟悉SolidworksSimulation操作界面和命令，練習(xí)單向拉伸有限元分析，理解有限元分析三步曲。機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實(shí)例7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4耦合場分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元建模策略學(xué)習(xí)目標(biāo)了解有限元的三步曲了解有限元的基本思想和術(shù)語掌握Simulation的基本界面和基本操作了解Simulation的主要功能7.1.2有限元分析基礎(chǔ)1.有限元定義與基本思想2.有限元常用術(shù)語3.通用有限元軟件分析三步曲4.Simulation界面5.Simulation分析類型6.Simulation網(wǎng)格控制7.Simulation結(jié)果后處理1.有限元定義與基本思想2.基本思想

化整為零，積零為整（數(shù)值積分→蓋大樓。具有方法論的意義）。

即：將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元和節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連接的一組單元的集合體；同時(shí)選定場函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一近似插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律；進(jìn)而利用力學(xué)中的某些變分原理去建立用以求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元法方程，從而將一個(gè)連續(xù)域中的無限自由度問題化為離散域中的有限自由度問題。求解結(jié)束后，利用解得的節(jié)點(diǎn)值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個(gè)集合體上的場函數(shù)。1.何謂有限元法求解數(shù)理方程的一種數(shù)值計(jì)算方法，解決工程實(shí)際問題的一種數(shù)值計(jì)算工具。2.有限元常用術(shù)語單元：結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分中的每一個(gè)小的塊體稱為一個(gè)單元。常見的單元類型有線段單元、三角形單元、四邊形單元、四面體單元和六面體單元幾種。由于單元是組成有限元模型的基礎(chǔ)，因此，單元的類型對(duì)于有限元分析是至關(guān)重要的。節(jié)點(diǎn)：確定單元形狀的點(diǎn)就叫節(jié)點(diǎn)。例如線段單元只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，三角形單元有三個(gè)或者六個(gè)節(jié)點(diǎn)，四邊形單元最少有四個(gè)節(jié)點(diǎn)等。載荷：工程結(jié)構(gòu)所受到的外在施加的力稱為載荷。包括集中載荷和分布載荷等。在不同的學(xué)科中，載荷的含義也不盡相同。在電磁場分析中，載荷是指結(jié)構(gòu)所受的電場和磁場作用。在溫度場分析中，所受的載荷則是指溫度本身。約束：邊界條件就是指結(jié)構(gòu)邊界上所受到的外加支撐（已知位移）。3.通用有限元軟件分析三步曲

從使用有限元程序的角度講，有限單元法分析又可分成三大步:前處理：畫模型，定類型，設(shè)屬性，分網(wǎng)格。求解：添約束，加載荷，查錯(cuò)誤，求結(jié)果。后處理：列結(jié)果，繪圖形，顯動(dòng)畫，下結(jié)論。4.Simulation界面設(shè)計(jì)樹工具欄啟動(dòng)鈕圖形區(qū)5.Simulation分析類型SolidWorksSimulation可以完成“常規(guī)模擬、設(shè)計(jì)洞察、高級(jí)模擬”三部分功能。其中主要專題為：Static(靜態(tài))：計(jì)算壓力、拉力和變形；Frequency(頻率)：計(jì)算共振頻率；Thermal(熱力)：計(jì)算溫度和熱流動(dòng)。6.Simulation網(wǎng)格控制網(wǎng)格大小它是按包圍一個(gè)單元的球體（實(shí)體單元）或圓（殼單元）的直徑來定義的。公差表示了網(wǎng)格特征單元的尺寸范圍，如單元大小為0.225in，公差設(shè)定為0.011，則所有單元的尺寸均在0.214~0.236in范圍內(nèi)。自動(dòng)過渡對(duì)細(xì)小特征、孔和圓角自動(dòng)應(yīng)用網(wǎng)格控制。在對(duì)具有許多細(xì)小特征和細(xì)節(jié)的大模型網(wǎng)格化之前消除選擇自動(dòng)過渡，可以避免不必要地生成大量單元。局部細(xì)化在高應(yīng)力的地方應(yīng)用網(wǎng)格控制。比率：定義連續(xù)過渡單元層間單元大小的比率比率=1.2比率=1.1整體單元9mm局部單元0.5mm7.Simulation結(jié)果后處理編輯定義：圖表定義、圖表選項(xiàng)、圖解設(shè)定。截面剪裁ISO剪裁探測結(jié)果8.Simulation視頻演示Simulation基本操作演示小結(jié)簡要分析了有限元分析的三步曲介紹了有限元的基本思想及術(shù)語介紹了Simulation的界面介紹了Simulation的網(wǎng)格控制等基本操作作業(yè)以單向拉伸為例練習(xí)以下內(nèi)容：網(wǎng)格控制編輯定義：圖表定義、圖表選項(xiàng)、圖解設(shè)定。截面剪裁ISO剪裁（看等值線）探測結(jié)果（看路徑圖）機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實(shí)例7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4耦合場分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元建模策略7.1.4裝配體有限元分析學(xué)習(xí)目標(biāo)了解有限元分析的原則掌握有限元工程應(yīng)用的策略7.1.3有限元的建模策略1.有限元分析原則與策略2.有限元的建模策略范例3.有限元工程分析過程示例1.有限元分析原則與策略

常用策略如下：（1）網(wǎng)格疏密得當(dāng)：一般采用“網(wǎng)格疏密得當(dāng)，先粗后細(xì)”多次試算。（2）刪除次要細(xì)節(jié)：忽略應(yīng)力不大部位的小孔、倒角/圓角、退刀槽、鍵槽等一般“先壓縮所有細(xì)節(jié)進(jìn)行初步分析，然后解壓縮應(yīng)力較大部位的細(xì)節(jié)再進(jìn)行分析”。（3）對(duì)稱性的利用：只取對(duì)稱結(jié)構(gòu)的一部分分析（如1/2結(jié)構(gòu)）。（4）模擬實(shí)際邊界條件：如果模型邊界條件與實(shí)際工況相差較大，計(jì)算結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，所以建模時(shí)應(yīng)盡量使邊界條件值與實(shí)際值相一致。1倒角2小孔3圓弧過渡4退刀槽“保證計(jì)算精度的前提下盡量降低計(jì)算規(guī)?！?。2.建模策略范例——帶孔板分析（1）精細(xì)網(wǎng)格（2）疏密得當(dāng)（3）忽略細(xì)節(jié)（4）利用對(duì)稱

一個(gè)620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，計(jì)算其最大應(yīng)力。（約220MPa）（1）精細(xì)網(wǎng)格查看網(wǎng)格信息的方法是在Simulation設(shè)計(jì)樹中右鍵單擊“網(wǎng)格”，選擇“細(xì)節(jié)”。（2）疏密得當(dāng)查看網(wǎng)格信息的方法是在Simulation設(shè)計(jì)樹中右鍵單擊“網(wǎng)格”，選擇“細(xì)節(jié)”。（3）忽略細(xì)節(jié)（4）利用對(duì)稱（5）

建模策略總結(jié)

一個(gè)620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，計(jì)算其最大應(yīng)力。（約220MPa）3.零件有限元工程應(yīng)用示例-工作臺(tái)分析問題定義（分析圖中承載支架B載載荷C作用下的應(yīng)力和變形）模型簡化（A物體變用約束、B物體變壓力；忽略外圓角，利用對(duì)稱性）幾何建模（繪草圖，建特征、制零件）施加邊界條件（添約束、加載荷）網(wǎng)格劃分（選材料、設(shè)單元、分網(wǎng)格）結(jié)果查看應(yīng)力分布位移分布網(wǎng)格建模小結(jié)有限元建模策略：疏密得當(dāng)，忽略細(xì)節(jié)，利用對(duì)稱零件工程應(yīng)用步驟：（1）問題定義，（2）幾何建模，（3）網(wǎng)格建模，（4）結(jié)果查看作業(yè)如何控制網(wǎng)格密度？如何判斷結(jié)果的精度？如何進(jìn)行模型簡化？完成帶孔板建模策略對(duì)比分析。完成工作臺(tái)強(qiáng)度分析.機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實(shí)例7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4耦合場分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元建模策略7.1.4裝配體有限元分析學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握裝配體有限元分析的技巧7.1.4裝配體有限元分析進(jìn)行裝配體分析時(shí)，必須設(shè)置零件之間的連接關(guān)系，即要考慮各零部件之間是如何接觸的。車輪與鋼軌之間、嚙合的齒輪是典型的接觸問題。1.裝配分析的實(shí)質(zhì)和面臨的問題2.接觸類型及實(shí)例（1）裝配分析的實(shí)質(zhì)和面臨的問題裝配體仿真的本質(zhì)：就是設(shè)置零件與零件之間的接觸問題。

裝配體仿真所面臨的問題：（1）模型的簡化。這一步包含的問題最多。實(shí)際的裝配體少的有十幾個(gè)零件，多的有上百個(gè)零件。（2）零件之間的聯(lián)接。裝配體的一個(gè)主要特征，就是零件多，而在零件之間發(fā)生了關(guān)系，使用接觸來建模，應(yīng)該使用哪一種接觸形式呢？（3）材料屬性的考慮。在一