SolidWorks三維仿真分析（一）技術(shù)中心周歡輝2015年9月目錄一、SolidWorks三維分析簡介二、為什么要進(jìn)行分析三、SolidWorksSimulation工程實(shí)例分析-------軸的受力分析四、練習(xí)一、SolidWorks三維分析簡介SolidWorks三維分析就是運(yùn)用SolidWorksSimulation插件進(jìn)行分析。SolidWorksSimulation是一個(gè)與SolidWorks完全集成的設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)。SolidWorksSimulation提供了單一屏幕解決方案來進(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析。SolidWorksSimulation憑借著快速解算器的強(qiáng)有力支持，使得我們能夠使用計(jì)算機(jī)快速解決大型問題。二、為什么要進(jìn)行分析1、在我們完成了產(chǎn)品的建模工作之后，需要確保模型能夠在現(xiàn)場有效地發(fā)揮作用。如果缺乏分析工具，則只能通過昂貴且耗時(shí)的產(chǎn)品開發(fā)周期來完成這一任務(wù)。2、一般產(chǎn)品開發(fā)周期通常包括以下步驟：建造產(chǎn)品模型生成設(shè)計(jì)的原型評(píng)估現(xiàn)場測(cè)試的結(jié)果現(xiàn)場測(cè)試原型根據(jù)現(xiàn)場測(cè)試結(jié)果修改設(shè)計(jì)這一過程將一直繼續(xù)、反復(fù)，直到獲得滿意的解決方案為止。3、分析可以幫助我們完成以下任務(wù)：1)在計(jì)算機(jī)上模擬模型的測(cè)試過程來代替昂貴的現(xiàn)場測(cè)試，從而降低費(fèi)用;2)通過減少產(chǎn)品開發(fā)周期次數(shù)來縮短產(chǎn)品上市時(shí)間；3)快速測(cè)試許多概念和情形，然后做出最終決定。

這樣，我們就有更多的時(shí)間考慮新的設(shè)計(jì)，從而快速改進(jìn)產(chǎn)品，減少研發(fā)費(fèi)用，降低產(chǎn)品成本。4)根據(jù)得出的安全系數(shù)與實(shí)際情況，可調(diào)整材料牌號(hào)或減少零件材料，以達(dá)到降低成本。三、SolidWorksSimulation工程實(shí)例分析-------軸的受力分析1、手工計(jì)算2、Simulation軟件分析計(jì)算軸的受力分析

有一根軸，直徑D=50mm,支撐跨距L=1500mm,受力3000N如下圖，材料為45鋼，彈性模量E=206GPa，屈服點(diǎn)σs=355MPa，泊松比0.27，密度7890Kg/m3。求最大撓度、危險(xiǎn)截面應(yīng)力并計(jì)算安全系數(shù)？手工計(jì)算支反力：FN1=1000N，F(xiàn)N2=2000N最大彎矩：Mmax=a×FN1=1000×1000=1000000N·mm最大撓度位置：慣性矩:擾度：抗彎截面系數(shù)：最大應(yīng)力（A點(diǎn)處）為：

σ=Mmax/W=1000000/12271.8=81.49MPa。A點(diǎn)處為單向應(yīng)力狀態(tài)：

σ1=81.49MPa，σ2=0，σ3=0等效應(yīng)力：安全系數(shù)：

S=σs/σ=355/81.49=4.36手工計(jì)算所需時(shí)間：約15分鐘Simulation軟件分析計(jì)算方法一：按實(shí)體單元計(jì)算

1、建立模型2、創(chuàng)建算例算例類型為【靜態(tài)】3、應(yīng)用材料定義為45鋼注意：必須的材料屬性包括(彈性模量，泊松比，密度，屈服強(qiáng)度)。4、添加約束軸的左端用一個(gè)剛性軸承支撐，限制徑向和軸向自由度。右擊【夾具】選擇【軸承夾具】，指定軸左端的圓柱面，在剛度選項(xiàng)下選擇【剛性】，并選擇【穩(wěn)定軸旋轉(zhuǎn)】右端用一個(gè)柔性軸承支撐，只限制徑向自由度，而不限制軸向自由度。右擊【夾具】并選擇【軸承夾具】，選擇軸的右端圓柱面，在剛度選項(xiàng)下選擇【柔性】，徑向剛度輸入109N/m,軸向剛度輸入0N/m，選中【穩(wěn)定軸旋轉(zhuǎn)】5、施加載荷右擊【外部載荷】并選擇【力】，選擇軸上分割的半圓柱面為受力面，點(diǎn)擊【選定的方向】，然后展開FeatureManager設(shè)計(jì)樹選擇【上視基準(zhǔn)面】，在力選項(xiàng)下單擊【垂直于基準(zhǔn)面】然后輸入3000N，選中【反向】使力指向?qū)嶓w。6、劃分網(wǎng)格一般情況下默認(rèn)網(wǎng)格參數(shù)即可，網(wǎng)格尺寸越小結(jié)果越精確，但計(jì)算時(shí)間更長。右擊【網(wǎng)格】圖標(biāo)并選擇【生成網(wǎng)格】，單擊確定。7、運(yùn)行算例自動(dòng)運(yùn)行。8、分析結(jié)果（1）從VonMises應(yīng)力圖解中可看出，最大應(yīng)力在力的作用截面上，大小82.84MPa，計(jì)算值為81.49MPa，相對(duì)誤差1.66%。（2）從位移圖中可看出，最大撓度為2.878mm，計(jì)算值為2.871mm，相對(duì)誤差為0.24%。VonMises應(yīng)力圖解位移圖解（撓度）最大撓度位置計(jì)算：位移圖解右鍵選擇【圖表選項(xiàng)】，選擇【選擇最大注解】，確定，即在軸上顯示出最大撓度值。在位移圖解繼續(xù)右鍵，選擇【探測(cè)】，并在軸上選取最大值點(diǎn)。即在左邊設(shè)計(jì)樹【探測(cè)結(jié)果】中顯示有該點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的沿軸向的坐標(biāo)值即為該點(diǎn)與軸遠(yuǎn)端的距離，為834.5mm，相對(duì)誤差為2.2%（結(jié)果中所顯示坐標(biāo)值的含義與所建模型的初始基準(zhǔn)面有關(guān)）（3）右擊【結(jié)果】文件夾選擇【定義安全系數(shù)圖解】，單擊確定得到安全系數(shù)分布圖，如圖

所示。最小安全系數(shù)為4.27，計(jì)算值為4.36，相對(duì)2.06%。Simulation方法一計(jì)算所需時(shí)間：約4分鐘方法二：按橫梁單元計(jì)算Simulation中橫梁的要求：長細(xì)比（橫梁長/截面特征尺寸）大于10，單段橫梁的各截面應(yīng)相等，對(duì)于不等截面橫梁可分段視為橫梁，建模時(shí)各段成為單獨(dú)實(shí)體。1、建立模型2、創(chuàng)建算例算例設(shè)置類型為【靜態(tài)】，右擊零件圖標(biāo)并選擇【視為橫梁】，出現(xiàn)【結(jié)點(diǎn)組】，右擊【結(jié)點(diǎn)組】，選擇【編輯】，選中【所有】，單擊【計(jì)算】，在下面的結(jié)果框中出現(xiàn)兩個(gè)接點(diǎn)，并同時(shí)顯示在模型上，單擊確定。3、應(yīng)用材料定義材料為45鋼4、添加約束A、右擊【夾具】選擇【固定幾何體】，在軸上選擇左邊【接榫】,選擇【不可移動(dòng)(無平移）】夾具，限制左端點(diǎn)三個(gè)平移自由度。B、右擊【夾具】選擇【固定幾何體】，在軸上選擇右邊【接榫】,選擇【使用參考幾何體】，選擇軸的端面為參考面，選中沿基準(zhǔn)面方向1和2，確保其值0，即限制沿基準(zhǔn)面方向1和2的自由度，保留軸向自由度。5、施加載荷右擊【外部載荷】并選擇【力】，選擇軸上的【點(diǎn)1】，選擇上視面作為參考方向，在力選項(xiàng)下激活【垂直于基準(zhǔn)面】，并輸入3000N，選中【反向】使力指向?qū)嶓w。6、劃分網(wǎng)格橫梁類單元網(wǎng)格與一般的網(wǎng)格劃分不同，無須設(shè)置網(wǎng)格參數(shù)，直接生成橫梁單元網(wǎng)格。右擊【網(wǎng)格】圖標(biāo)并選擇【生成網(wǎng)格】，單擊【確定】。7、運(yùn)行算例8、分析結(jié)果（1）最高軸向和折彎應(yīng)力：即最頂部/底部纖維處軸應(yīng)力與折彎應(yīng)力的和所形成的最糟情形應(yīng)力。從應(yīng)力圖中可看出，最大應(yīng)力出現(xiàn)在集中力作用的截面，大小為81.487Mpa，計(jì)算值為81.49Mpa，相對(duì)誤差為0.004%。（2）從位移圖中可看出，最大撓度為2.876mm，計(jì)算值為2.871mm，相對(duì)誤差為0.17%。且其在軸上所處位置為距遠(yuǎn)端829mm。（計(jì)算方法與方法一相同。）相對(duì)誤差為1.53%。（3）右擊結(jié)果圖標(biāo)并選擇【定義安全系數(shù)圖解】，可得到安全系數(shù)分布圖，該圖顯示最小安全系數(shù)為4.36。應(yīng)力分布圖位移圖解（撓度）安全系數(shù)分布圖（4）右擊【結(jié)果】文件夾并選擇【定義橫梁圖表】可以得到剪力圖和彎矩圖。Simulation方法二計(jì)算所需時(shí)間：約3分鐘剪力圖彎矩圖

注意：定義<橫梁圖表>時(shí)要選擇正確的方向，需將實(shí)際模型的受力方向與系統(tǒng)所定義的橫梁坐標(biāo)系中的方向相對(duì)應(yīng)。橫梁受力的坐標(biāo)系：（1）使用橫梁網(wǎng)格運(yùn)行算例；（2）右擊任一圖解，然后選擇【設(shè)定】；（3）在PropertyManager