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SolidWorks 仿真分析 结构分析


SolidWorks Simulation做为世界上最快的有限元分析软件采用FFE(FastfiniteElement)技术使得复杂耗时的工程分析时间大大缩短。SolidWorks Simulation主要功能模块(产品):SolidWorks Simulation、SolidWorks Motion、SolidWorks Flow Simulation、COSMOSM,其中SolidWorks Simulation、SolidWorks Motion、SolidWorks Flow Simulation做为标准插件集成在SolidWorks中,整个的使用界面完全是Solidworks的风格,只须简单的操作,便可进行分析。COSMOSM是另一个独立的界面,它提供SolidWorks Simulation所有的分析功能。

这些分析模块与SolidWorks无缝集成,可以实现对任何复杂的零件和装配体进行有限元分析的功能,并能将三维模型的更新时时反映到分析过程中,这是目前任何其他分析软件无法做到的。

Simulation为设计工程师在SolidWorks的环境下,提供比较完整的分析手段。传统的方法在分析装配体时是先把零件拆散,然后一个个分别处理,耗时耗力,又存在计算结果不精确的缺点。Simulation提供了多场/多组件的复杂装配分析,从而大大简化工程师的劳动,使得分析能够更好地模拟真实世界,结果更精确。


1)强度分析

强度分析计算的是位移、反作用力、应变、应力和安全系数分布以及摩擦力对其的影响。通过相应的评估标准来确定所分析的零部件是否符合设计要求。可以快速的评估出零部件最危险薄弱的地方。安全系数计算基于四个失效准则中的其中一个准则。安全系数的评估,低于设计标准一即表示零部件不符合要求。相邻区域中安全系数较大即表明应力较低,设计人员可以对该零部件进行优化。


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SolidWorks Simulation对吊机骨架的力学分析


2) 频率分析

当静止状态的实体受到干扰时,通常会以一定的频率振动,这一频率也称作固有频率或共振频率。最低的固有频率称作基础频率。对于每个固有频率,实体都呈一定的形状,也称作模式形状。频率分析就是计算固有频率和相关的模式形状。

理论上,实体具有无限个模式。对于有限元分析,理论上,有多少个自由度 (DOF),就有多少个模式。在大多数情况下,只考虑其中的一些模式。

如果实体承担的是动态载荷,且载荷以其中一个固有频率振动,就会发生过度反应。这种现象就称为共振。例如,如果一辆汽车的一个轮胎失去平衡,则在一定速度下,由于共振现象,这辆汽车会发生剧烈摇摆。而以其它速度行驶时,这种摇摆现象就会减轻或消失。另一个范例是高音(例如歌剧演唱者的声音)可能会导致玻璃震碎。

频率分析可帮助您避免由于共振造成的过度应力而导致的失效。它还提供了有关如何解决动态反应问题的信息。


3) 热力分析

热算例根据热的产生、传导、对流及辐射条件计算温度、温度梯度和热流。可以使用各向同性、正交各向异性及热敏材料。热算例可帮助避免发生不合需要的热力条件,可以查看零部件温度的情况。例如过热和熔化。


4) 扭曲分析

扭曲指的是由于轴载荷而突然产生的大型位移。对于承载轴载荷的细长结构而言,即使载荷低于导致材料失效所需的载荷水平,仍可能由于产生扭曲而失效。在不同载荷水平的作用下,扭曲可能以不同的模式发生。在很多情况下,只考虑最低的扭曲载荷。扭曲算例可以帮助避免材料因扭曲而失效。


5) 跌落测试

掉落测试算例用来评估设计掉落在硬地板上的效应。除引力外,还可以指定掉落距离或撞击时的速度。该程序通过显性积分方法解出动态问题为时间的函数。显性方法速度快,但要求使用小的时间增量。由于分析过程中可能产生大量的信息,该程序将以一定的时间间隔在指定的位置保存结果,然后运行分析。完成分析之后,可以绘制有关位移、速度、加速度、应变和应力的图表。


6)疲劳分析

即使引发的应力比所允许的应力极限要小很多,反复装载在过一段时间后会削弱物体。某一位置发生疲劳失效所需的周期数取决于材料和应力波动。对于特定材料而言,这些信息由曲线(称为 S-N 曲线)给出。曲线描绘了在不同应力水平下导致失效的周期数。疲劳算例根据疲劳事件和 S-N 曲线评估物体的使用寿命。不仅可以计算恒定周期载荷的高低幅度事件,还可以计算可变周期载荷的疲劳事件。


6) 非线性分析

如果线性静态分析的前提条件不适用,则可以使用非线性算例来解决问题。非线性的主要来源有:大型位移、非线性材料属性和接触。非线性算例以不断递增和变化的载荷级别和约束来计算位移、反作用力、应变和应力。当惯性力和阻力可被忽略时,您可使用非线性动态分析。

非线性算例是指非线性结构算例。对于热力算例,该软件根据材料属性和热力约束及载荷自动解决线性问题或非线性问题。

解决非线性问题比解决相似的线性静态算例所需的时间和资源要多得多。重叠原则不适用于非线性算例。非线性算例有助于您超出静态算例和扭曲算例的限制来评估设计的行为。当激活了大型位移选项之后,静态算例可以为接触问题提供非线性求解。


7) 线性动力分析

线性动态算例计算模型由于突然应用的载荷或随时间或频率更改的响应。线性动态算例以频率算例为基础。可以计算基于时间历史的模态分析、谐波分析以及无规则振动。本软件将通过累积每种模式对负载环境的贡献来计算模型的作用。在大多数情况下,只有较低的模式会对模型的响应发挥主要作用。模式的作用取决于载荷的频率内容、量、方向、持续时间和位置。动态分析的目标包括:(a) 设计要在动态环境中始终正常工作的结构体系和机械体系;(b) 削弱振动效应。


8) 设计优化

优化设计算例根据几何设计自动进行搜索,以获得最佳设计。该软件配备的技术可以快速测出趋势,然后通过最少的运行次数确定最佳解决方案。优化设计算例要求定义以下内容:目的或目标,确定算例的目标。例如,最大程度地减少要用的材料。设计变量,选择可能更改和设定其范围的尺寸。约束,设定优化设计必须满足的条件。SolidWorks Simulation整个界面就象SolidWorks一样友好,建模、分析全部集成在一个窗口,模型数据全面关联,自动更新。载荷、约束直接加在模型上,而不是加在节点和单元体上。分析前准备条件只有3大步,即建模、定义材质、增加载荷同约束,自动划分网格。SolidWorks Simulation提供的精确划分网格功能,可以创建最完美的网格,保证分析顺利进行。划分网格之后即可运行分析,迅速得到分析结果。它提供了一整套结果智能化分析工具,可以对应力、应变、位移、变形、设计检查项目,用图像、图表、动画、探测器表达分析结果。


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SolidWorks Simulation对零件进行优化


9) SolidWorks Motion

SolidWorks Motion是为广大用户提供的实现虚似仿真的优秀工具。它是一个全功能运动仿真软件,与当今主流的三维CAD软件SolidWorks无缝集成。它可以对复杂机械系统进行完整的运动学和动力学仿真分析,它可以自动划分系统中的零件运动类型及联结运动幅情况,得到系统中各零部件的运动情况,包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力等,并以动画、图形、表格等多种形式输出结果。并且还可将零部件在复杂运动情况下的复杂载荷情况直接输出到SolidWorks Simulation等主流有限元分析软件中以作出正确的强度和结构分析。

SolidWorks 是世界上第一家能够直接模拟接触式的机械机构运动干涉的运动情况的CAD软件公司,减少了建造样机所需的时间和费用。驱动机械运动的模型有:电机、弹簧、重力等,同时还增加了记录和播放的功能。同时,在三维中增加了皮带轮机构的设计功能。比如给定皮带的总长度,挪动不同轮的相对位置时,系统会自动计算或调整整个机构,并自动提示是否需要在旁边添加小的滑轮来保持机构的合理运动等。SolidWorks运动仿真效果图如图所示。


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