1、第13章 仿真分析,學(xué)習(xí)目標(biāo),SolidWorks Simulation 還提供以頻率（模態(tài)）分析、扭曲分析、熱分析、掉落測(cè)試分析和疲勞分析等分析平臺(tái)。通過本章學(xué)習(xí)有限元分析和流體分析以及安裝架受力分析實(shí)例，基本掌握SolidWorks常用分析方法和操作步驟。,2,實(shí)操應(yīng)用,知識(shí)要點(diǎn),3,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),Simulation根據(jù)有限元法，使用線性靜態(tài)分析從而計(jì)算應(yīng)力?！癝imulation”屬性管理器向?qū)Э啥x材質(zhì)、約束、載荷、分析模型以及查看結(jié)果。每完成一個(gè)步驟，Simulation自動(dòng)實(shí)時(shí)保存。如果關(guān)閉并重新啟動(dòng)Simulation，但不關(guān)閉該模型文

2、件，仍可以獲取該信息，必須保持模型文件才能保持分析數(shù)據(jù)。 SolidWorks Simulation節(jié)省了搜索最佳設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和精力，可縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。 依次選擇“工具”|“Simulation”命令，在彈出的“插件”對(duì)話框，勾選“SolidWorks Simulation”復(fù)選框，如圖13-1所示。,4,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),勾選“SolidWorks Simulation”復(fù)選框后，彈出“Simulation”面板，如圖13-2所示。 “Simulation”面板參數(shù)詳解： “夾具”選項(xiàng)卡：應(yīng)用約束到模型的面。 “載荷”選項(xiàng)卡：應(yīng)用力和壓力到模型的面。

3、 “材料”選項(xiàng)卡：指定材質(zhì)到模型。 “運(yùn)行”選項(xiàng)卡;可以選擇使用默認(rèn)設(shè)置經(jīng)行分析或者更改設(shè)置。 “結(jié)果”選項(xiàng)卡：查看分析結(jié)果。 “優(yōu)化”選項(xiàng)卡：根據(jù)特定準(zhǔn)則優(yōu)化模型尺寸。 使用Simulation進(jìn)行靜力學(xué)分析的步驟如下： （1）應(yīng)用約束 （2）應(yīng)用載荷 （3）定義材質(zhì) （4）分析模型 （5）查看結(jié)果,5,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),13.1.1應(yīng)用材料 Simulation 通過材質(zhì)庫給模型指定材質(zhì)。如果指定給模型的材質(zhì)不在材質(zhì)庫中，可退出Simulation，將所需材質(zhì)添加到庫，然后重新打開Simulation。 材質(zhì)可以是各向同性、正交各項(xiàng)異性或者各向異性，S

4、imulation只支持各向同性材質(zhì)，設(shè)定材質(zhì)的屬性管理器如圖13-3所示。,6,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),13.1.2添加夾具 在“夾具”選項(xiàng)卡中定義約束。每個(gè)約束可以包含多個(gè)面，受約束的面在所有方向上都受到約束，必須至少約束模型的1個(gè)面，以防止由于剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致分析失敗。在“Simulation”屬性管理器中，單機(jī)“添加夾具”按鈕 ，在圖形區(qū)域中單擊希望約束的面，如圖13-4所示。,7,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),13.1.3施加載荷 在“載荷”選項(xiàng)卡中，可以應(yīng)用力和壓力載荷到模型的面。 1施加力 施加力的方法如下： 01在“S

5、imulation”屬性管理器中，單擊“添加力”按鈕。 02在圖形區(qū)域中單擊需要應(yīng)用載荷的面，選擇力的單位，輸入力的數(shù)值，如果需要，單擊“反向”復(fù)選框，即反轉(zhuǎn)力的方向，如圖13-6所示。,8,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),2施加壓力 對(duì)實(shí)體施加壓力可以應(yīng)用多個(gè)壓力到單個(gè)或者多個(gè)面，Simulation所應(yīng)用的壓力載荷垂直于每個(gè)面。具體操作方法如下。 01在“Simulation”屬性管理器中，單擊“添加壓力”按鈕。 02在圖形區(qū)域中單擊需要應(yīng)用載荷的面，選擇壓力的單位，輸入壓力的數(shù)值，如果需要，選擇“反向”選項(xiàng)以反轉(zhuǎn)力的方向，如圖13-7所示。,9,實(shí)操應(yīng)用,13.1

6、 有限元分析(Simulation),03在屏幕左側(cè)的標(biāo)簽欄中出現(xiàn)外部載荷的列表，如圖13-8所示。 04導(dǎo)軌實(shí)際工作中在豎直方向上僅承受豎直向下的力的作用，因此運(yùn)行分析前需將壓力（50/m2）進(jìn)行刪除。選中列表中的壓力-1，右擊，在彈出的下拉菜單中選擇“刪除”命令，即可將添加的載荷進(jìn)行刪除，如圖13-8所示。,10,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),13.1.4運(yùn)行分析 在“Simulation”屬性管理器中，選擇“Run”(分析)選項(xiàng)卡，在選擇“更改網(wǎng)格密度”。如果希望獲取更精確的結(jié)果，可以向右（良好 ）拖動(dòng)滑桿；如果希望進(jìn)行快速估測(cè)，可以向左（粗糙）拖動(dòng)滑桿，如圖1

7、3-9所示。 單擊“運(yùn)行”按鈕 ，進(jìn)行分析運(yùn)算，分析進(jìn)行時(shí)，將動(dòng)態(tài)顯示分析進(jìn)度，如圖13-10所示。,11,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),13.1.5查看結(jié)果 運(yùn)行結(jié)束后，在“結(jié)果”屬性管理器上顯示出計(jì)算的結(jié)果，并且可以查看當(dāng)前的材質(zhì)、約束和荷載等內(nèi)容，“結(jié)果”屬性管理器如圖13-11所示。,12,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),“結(jié)果”屬性管理器可以顯示模型所有位置的應(yīng)力、位移、變形和并用紅色高亮顯示出危險(xiǎn)區(qū)域，用戶可通過選擇相應(yīng)的結(jié)果參數(shù)對(duì)顯示圖形進(jìn)行切換。 若要在圖形區(qū)域中對(duì)比顯示多個(gè)參數(shù)圖形，單擊“比較結(jié)果”命令按鈕 ，在彈出的“比較結(jié)

8、果”對(duì)話框中勾選需對(duì)比分析的參數(shù)所對(duì)應(yīng)的復(fù)選框，然后確定即可完成圖形區(qū)域顯示對(duì)比分析結(jié)果，如圖13-12所示。,13,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),若要報(bào)表形式，單擊“報(bào)表”命令按鈕 ，在彈出的“報(bào)告選項(xiàng)”對(duì)話框中勾選相應(yīng)報(bào)表的參數(shù)復(fù)選框，單擊“出版”命令按鈕 ，彈出“生成報(bào)表”窗口，并顯示出當(dāng)前生成報(bào)表的進(jìn)度，如圖13-13所示。,14,實(shí)操應(yīng)用,13.1 有限元分析(Simulation),為當(dāng)前的算例生成word報(bào)表后，可以對(duì)齊進(jìn)行保存打印操作，打開報(bào)表頁面，如圖13-14所示。,15,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),SolidWorks F

9、loXpress 是一個(gè)流體力學(xué)應(yīng)用程序，可計(jì)算流體是如何穿過零件或裝配體模型。根據(jù)算出的速度場(chǎng)，可以找到計(jì)算中存在問題的區(qū)域，以及在制造任何零件之前對(duì)零件進(jìn)行改進(jìn)，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)。 1開啟SolidWorks FloXpress 要開啟SolidWorks FloXpress方法為：依次單擊“工具”|“FloXpress”，閱讀歡迎文本，然后單擊“下一步”按鈕 ，進(jìn)入“歡迎”界面，如圖13-15所示。,16,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),2 FloXpress分析步驟 使用FloXpress進(jìn)行幾何體分析步驟如下： （1）封閉開口 SolidWorks FloXpress

10、只能在包括有至少一個(gè)入口和一個(gè)出口的完全封閉體積中分析液流。在對(duì)流體進(jìn)行分析之前，需要通過添加蓋板、堵頭等零件或特征封堵所有模型的開口。 （2）檢查幾何體 系統(tǒng)在面板中提示信息核實(shí)是否已妥當(dāng)創(chuàng)建了蓋板。如果幾何體存在問題，必須重新制作蓋板，否則無法進(jìn)入下一步的分析。 （3）選擇流體 此步需選定穿過模型的流體，軟件中可供選擇的有水和空氣。 （4）設(shè)定邊界條件 只可為允許流體進(jìn)入模型（入口）的面及允許流體退出模型（出口）的另一個(gè)面指定邊界條件，不可將每個(gè)邊界條件（入口和出口）應(yīng)用到多個(gè)面。 （5）求解模型 求解模型實(shí)際上就是軟件對(duì)模型在設(shè)定參數(shù)條件下進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算計(jì)算所需時(shí)間和分辨率質(zhì)量取決于

11、整個(gè)分辨率設(shè)定及整體和當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)格的設(shè)定。,17,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),（6）查看結(jié)果 SolidWorks FloXpress使用軌跡顯示結(jié)果為流動(dòng)線。顏色代表軌跡上速度的變更。根據(jù)輸入內(nèi)容，軌跡的顏色顯示軌跡上的參數(shù)更改方式。 下邊將以對(duì)管道實(shí)例進(jìn)行分析，其管道、進(jìn)水口、出水口、開關(guān)、堵頭如圖13-16所示。 本例中進(jìn)水管堵頭是本身的，其它幾處開口均要與管接頭連接，為了簡(jiǎn)化分析，在后續(xù)分析步驟中也用裝配體中添加堵頭并添加合適的配合關(guān)系，從而對(duì)整個(gè)分析實(shí)體進(jìn)行封堵。,18,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),13.2.1封閉開口 打開圖13-5的水管

12、模型裝配體，插入堵頭零件，對(duì)其它進(jìn)水口、出水口等開口部位用堵頭“封死”，完成后如圖13-17所示。,19,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),通常，為了便于觀察管道內(nèi)部流體情況，需要將實(shí)體模型設(shè)置為透明顯示。按住Ctrl鍵不放，單擊選擇3根管道，右擊，在彈出的下來菜單中選擇“透明”，完成后如圖13-18所示。,20,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),13.2.2檢查幾何體 封閉開口后，開啟SolidWorks FloXpress。依次單擊“工具”|“FloXpress”，閱讀歡迎文本，然后單擊“下一步”按鈕 ，進(jìn)入“檢查幾何體”屬性管理器，如圖13-19所示。

13、,21,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),“查看流體體積” ：將模型轉(zhuǎn)為線架圖視圖，然后放大以深藍(lán)色顯示流體體積部分。如果模型中存在一些內(nèi)部小空間，SolidWorks FloXpress將仍然核準(zhǔn)幾何體。然而，如果存在內(nèi)部空間，只可分析該內(nèi)部小體積中的流體。 “最小的流道” ：定義用于最小的流道的幾何體。如果液體穿過小于默認(rèn)最小的流道的縫隙，則將最小的流道設(shè)定到與縫隙寬度相等。最小的流道 使用在 SolidWorks 中設(shè)定為默認(rèn)值的單位。 檢查幾何體可以計(jì)算出模型單一內(nèi)部型腔中的流體流量。進(jìn)行SolidWorks FloXpress分析前，軟件會(huì)自動(dòng)檢查幾何體，幾何體模型

14、必須在內(nèi)部有完全封閉的單型腔。若型腔內(nèi)的流體流量為零，則該型腔沒有完全封閉，而且會(huì)出現(xiàn)警告信息。因此，分析的注意事項(xiàng)如下： 必須使用蓋子、堵頭等特征或模型閉合所有型腔開口，可以在裝配體中生成蓋子，應(yīng)生成新零件以完全蓋住入口和出口。 要在裝零件中生成蓋子，應(yīng)生成實(shí)體特征以完全蓋住開口。 蓋子必須由實(shí)體特征(如拉伸、旋轉(zhuǎn))組成，曲面作為蓋子無效。,22,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),13.2.3選擇流體 此步需選定穿過模型的流體，軟件中可供選擇的有水和空氣，可以選擇二者之一作為計(jì)算的流體，但不可以同時(shí)使用不同的流體的混合液，“流體”屬性管理器如圖13-20所示。,23,實(shí)操應(yīng)

15、用,13.2 流體分析(FloXpress),13.2.4設(shè)定邊界條件 設(shè)定邊界條件包括設(shè)定入口條件和設(shè)定出口條件。 1設(shè)定入口條件 用戶須指定應(yīng)用入口邊界條件和參數(shù)的面。設(shè)定入口條件的屬性管理器如圖13-51所示。對(duì)入口條件進(jìn)行設(shè)置，操作步驟如下： 01。單擊“流量入口”面板中的 按鈕 ，如圖13-21所示。 02右鍵單擊入口處的堵頭，然后選取“選擇其它”，如圖13-22所示。 03在“選擇其它”對(duì)話框中為要“應(yīng)用入口的面” 選擇 面旋轉(zhuǎn)堵頭。 04設(shè)定“慣性流動(dòng)比” 為0.5 kg/s, “溫度” 保持默認(rèn)的 ，單擊“下一步”按鈕 進(jìn)入“流量出口”對(duì)話框。,24,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分

16、析(FloXpress),參數(shù)詳解： “壓力”：使用壓力作為流量公制單位。SolidWorks FloXpress將此值假設(shè)為入口流量的總壓力和出口流量的靜態(tài)壓力。 “容積流量比”：將流量容積作為流量公制單位。 “質(zhì)量流量比”：將質(zhì)量流量作為流量公制單位。 “要應(yīng)用入口邊界條件的面”：設(shè)定用于入口邊界的面。 “溫度”：設(shè)定流進(jìn)流體的溫度。,25,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),2設(shè)定出口條件 必須選擇應(yīng)用出口邊界條件和參數(shù)的面。設(shè)定出口條件的屬性管理器，如圖13-23所示。 同理，選擇出口。保持環(huán)境壓力 為默認(rèn)值 。 “出口”選項(xiàng)組中的屬性與“入口”選項(xiàng)組的設(shè)置基本相同，在

17、此不再贅述。 單擊“下一步”按鈕 進(jìn)入“解出”對(duì)話框,26,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),13.2.5求解模型 運(yùn)行分析以計(jì)算流體參數(shù)，單擊“” ，其屬性管理器如圖13-24所示。,27,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),13.2.6查看結(jié)果 查看結(jié)果包括動(dòng)畫軌跡、 1動(dòng)畫軌跡 SolidWorks FloXpress完成分析后，可以查看分析結(jié)果，在“觀閱結(jié)果”屬性管理器中單擊“軌跡”命令按鈕 ，即可運(yùn)行軌跡速度的動(dòng)畫圖解，如圖13-25所示。 “圖解設(shè)定”參數(shù)詳解： “入口”和“出口”：以入口或出口透視圖視角展示流體在零件內(nèi)的移動(dòng)情況。 “軌跡數(shù)”：軌

18、跡的個(gè)數(shù)。 “管道”：以管道代表軌跡 “滾珠”：以滾珠代表軌跡。,28,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),SolidWorks FloXpress使用軌跡顯示結(jié)果為流動(dòng)線。顏色代表軌跡上速度的變更。根據(jù)輸入內(nèi)容，軌跡的顏色顯示軌跡上的參數(shù)更改方式。 入口的“管道” 和“滾珠” 顯示如圖13-26所示。 出口的“管道” 和“滾珠” 顯示如圖13-27所示。,29,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),3圖像捕捉 “捕捉圖像” ：將流動(dòng)軌跡快照保存為JPEG圖像會(huì)自動(dòng)保存名為fxpl的文件夾中，該文件夾與模型位于同一文件夾內(nèi)。勾選復(fù)選框 即可顯示注釋參數(shù)，如圖13-

19、28所示。,30,實(shí)操應(yīng)用,13.2 流體分析(FloXpress),4生成報(bào)表 “生產(chǎn)報(bào)表” ：生產(chǎn)Microsoft Word報(bào)告 ，其中包含所有項(xiàng)目信息、最高流速和任何快照?qǐng)D像，打開如圖13-29所示。,31,實(shí)操應(yīng)用,3.3 上機(jī)實(shí)訓(xùn),安裝架使用情況，如圖13-30所示。其受力面上受到支撐物對(duì)其豎直向下的壓力150N，左側(cè)面為固定面，通過螺釘穿過安裝孔與機(jī)架固定連接。實(shí)際中用到2個(gè)相同的安裝架，支撐物重力為300N，在此簡(jiǎn)化，只分析一個(gè)安裝架，其受力減半。 本例將要用SolidWorks中用于分析的Simulation插件完成安裝架的靜力分析，完成后如圖13-31所示。,32,實(shí)操應(yīng)用

20、,3.3 上機(jī)實(shí)訓(xùn),本例主要建模步驟提醒及練習(xí)目標(biāo)： （1）新建算例 （2）定義材料 （3）添加夾具 （4）添加載荷 （5）網(wǎng)格劃分 （6）分析運(yùn)行結(jié)果 01打開光盤中“安裝架-靜力分析.SLDPRT”零件。 02在“Simulation”選項(xiàng)卡菜單中“算例顧問”按鈕 的下三角，在彈出的下拉菜單中選擇“新算例”選項(xiàng)，彈出“算例”面板，如圖13-32所示。 03在“算例”面板中“名稱”文本框中輸出“靜力分析”，在“類型”中選擇“靜應(yīng)力分析”按鈕 ，單擊“確定”按鈕 ，完成算例類型設(shè)置，如圖13-33所示。,33,實(shí)操應(yīng)用,3.3 上機(jī)實(shí)訓(xùn),04定義材料。在“Simulation”選項(xiàng)卡菜單中單擊“單擊材料”按鈕 ，在彈出的“材料”對(duì)話框中單擊選擇“鋼”|“ ”，單擊 ，再單擊 ，完成材料定義，如圖13-34所示。,34,實(shí)操應(yīng)用,3.3 上機(jī)實(shí)訓(xùn),05添加夾具。左側(cè)面為固定面，通過螺釘穿過安裝孔與機(jī)架固定連接。在“Simulation”選項(xiàng)卡菜單中單擊“夾具顧問”按鈕 的下三角，在彈出的下拉菜單中選擇 選項(xiàng)，彈出“固定幾何體”面板，在“夾具的面、邊線、頂點(diǎn)” 區(qū)域中單擊，然后選擇4個(gè)圓孔面與左側(cè)面，如圖13-35所示。,35,實(shí)操應(yīng)用,3.3 上機(jī)實(shí)訓(xùn),06在設(shè)計(jì)樹中選擇“外部載荷”，右擊，在彈出的下拉菜單中選擇 選項(xiàng)，單擊“更改算例”設(shè)定網(wǎng)格劃分