1、第第1313章章 仿真分析仿真分析学习目标学习目标SolidWorks Simulation 还提供以频率（模态）分析、扭曲分析、热分析、掉落测试分析和疲劳分析等分析平台。通过本章学习有限元分析和流体分析以及安装架受力分析实例，基本掌握SolidWorks常用分析方法和操作步骤。知识要点知识要点 有限元分析 流体分析 划分网格 设定边界条件13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)Simulation根据有限元法，使用线性静态分析从而计算应力。“Simulation”属性管理器向导可定义材质、约束、载荷、分析模型以及查看结果。每完成一个步骤，Sim
2、ulation自动实时保存。如果关闭并重新启动Simulation，但不关闭该模型文件，仍可以获取该信息，必须保持模型文件才能保持分析数据。SolidWorks Simulation节省了搜索最佳设计所需的时间和精力，可缩短产品上市时间。依次选择“工具”|“Simulation”命令，在弹出的“插件”对话框，勾选“SolidWorks Simulation”复选框，如图13-1所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)勾选“SolidWorks Simulation”复选框后，弹出“Simulation”面板，如图13-2所示。“Simula
3、tion”面板参数详解：“夹具”选项卡：应用约束到模型的面。“载荷”选项卡：应用力和压力到模型的面。“材料”选项卡：指定材质到模型。“运行”选项卡;可以选择使用默认设置经行分析或者更改设置。“结果”选项卡：查看分析结果。“优化”选项卡：根据特定准则优化模型尺寸。使用Simulation进行静力学分析的步骤如下：（1）应用约束（2）应用载荷（3）定义材质（4）分析模型（5）查看结果13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)13.1.1应用材料Simulation 通过材质库给模型指定材质。如果指定给模型的材质不在材质库中，可退出Simulation，
4、将所需材质添加到库，然后重新打开Simulation。材质可以是各向同性、正交各项异性或者各向异性，Simulation只支持各向同性材质，设定材质的属性管理器如图13-3所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)13.1.2添加夹具在“夹具”选项卡中定义约束。每个约束可以包含多个面，受约束的面在所有方向上都受到约束，必须至少约束模型的1个面，以防止由于刚性实体运动而导致分析失败。在“Simulation”属性管理器中，单机“添加夹具”按钮 ，在图形区域中单击希望约束的面，如图13-4所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simul
5、ation)(Simulation)13.1.3施加载荷在“载荷”选项卡中，可以应用力和压力载荷到模型的面。1施加力施加力的方法如下：01在“Simulation”属性管理器中，单击“添加力”按钮。02在图形区域中单击需要应用载荷的面，选择力的单位，输入力的数值，如果需要，单击“反向”复选框，即反转力的方向，如图13-6所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)2施加压力对实体施加压力可以应用多个压力到单个或者多个面，Simulation所应用的压力载荷垂直于每个面。具体操作方法如下。01在“Simulation”属性管理器中，单击“添加压力
6、”按钮。02在图形区域中单击需要应用载荷的面，选择压力的单位，输入压力的数值，如果需要，选择“反向”选项以反转力的方向，如图13-7所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)03在屏幕左侧的标签栏中出现外部载荷的列表，如图13-8所示。04导轨实际工作中在竖直方向上仅承受竖直向下的力的作用，因此运行分析前需将压力（50/m2）进行删除。选中列表中的压力-1，右击，在弹出的下拉菜单中选择“删除”命令，即可将添加的载荷进行删除，如图13-8所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)13.1.4运
7、行分析在“Simulation”属性管理器中，选择“Run”(分析)选项卡，在选择“更改网格密度”。如果希望获取更精确的结果，可以向右（良好 ）拖动滑杆；如果希望进行快速估测，可以向左（粗糙）拖动滑杆，如图13-9所示。单击“运行”按钮 ，进行分析运算，分析进行时，将动态显示分析进度，如图13-10所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)13.1.5查看结果运行结束后，在“结果”属性管理器上显示出计算的结果，并且可以查看当前的材质、约束和荷载等内容，“结果”属性管理器如图13-11所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simula
8、tion)(Simulation)“结果”属性管理器可以显示模型所有位置的应力、位移、变形和并用红色高亮显示出危险区域，用户可通过选择相应的结果参数对显示图形进行切换。若要在图形区域中对比显示多个参数图形，单击“比较结果”命令按钮 ，在弹出的“比较结果”对话框中勾选需对比分析的参数所对应的复选框，然后确定即可完成图形区域显示对比分析结果，如图13-12所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)若要报表形式，单击“报表”命令按钮 ，在弹出的“报告选项”对话框中勾选相应报表的参数复选框，单击“出版”命令按钮 ，弹出“生成报表”窗口，并显示出当前生
9、成报表的进度，如图13-13所示。13.1 13.1 有限元分析有限元分析(Simulation)(Simulation)为当前的算例生成word报表后，可以对齐进行保存打印操作，打开报表页面，如图13-14所示。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)SolidWorks FloXpress 是一个流体力学应用程序，可计算流体是如何穿过零件或装配体模型。根据算出的速度场，可以找到计算中存在问题的区域，以及在制造任何零件之前对零件进行改进，从而优化设计。1开启SolidWorks FloXpress要开启SolidWorks FloXpress方法为：依
10、次单击“工具”|“FloXpress”，阅读欢迎文本，然后单击“下一步”按钮 ，进入“欢迎”界面，如图13-15所示。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)2 FloXpress分析步骤使用FloXpress进行几何体分析步骤如下：（1）封闭开口SolidWorks FloXpress只能在包括有至少一个入口和一个出口的完全封闭体积中分析液流。在对流体进行分析之前，需要通过添加盖板、堵头等零件或特征封堵所有模型的开口。（2）检查几何体系统在面板中提示信息核实是否已妥当创建了盖板。如果几何体存在问题，必须重新制作盖板，否则无法进入下一步的分析。（3）选择
11、流体此步需选定穿过模型的流体，软件中可供选择的有水和空气。（4）设定边界条件只可为允许流体进入模型（入口）的面及允许流体退出模型（出口）的另一个面指定边界条件，不可将每个边界条件（入口和出口）应用到多个面。（5）求解模型求解模型实际上就是软件对模型在设定参数条件下进行分析计算，计算计算所需时间和分辨率质量取决于整个分辨率设定及整体和当地网格的设定。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)（6）查看结果SolidWorks FloXpress使用轨迹显示结果为流动线。颜色代表轨迹上速度的变更。根据输入内容，轨迹的颜色显示轨迹上的参数更改方式。下边将以对管道
12、实例进行分析，其管道、进水口、出水口、开关、堵头如图13-16所示。本例中进水管堵头是本身的，其它几处开口均要与管接头连接，为了简化分析，在后续分析步骤中也用装配体中添加堵头并添加合适的配合关系，从而对整个分析实体进行封堵。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)13.2.1封闭开口打开图13-5的水管模型装配体，插入堵头零件，对其它进水口、出水口等开口部位用堵头“封死”，完成后如图13-17所示。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)通常，为了便于观察管道内部流体情况，需要将实体模型设置为透明显示。按住Ctrl
13、键不放，单击选择3根管道，右击，在弹出的下来菜单中选择“透明”，完成后如图13-18所示。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)13.2.2检查几何体封闭开口后，开启SolidWorks FloXpress。依次单击“工具”|“FloXpress”，阅读欢迎文本，然后单击“下一步”按钮 ，进入“检查几何体”属性管理器，如图13-19所示。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)“查看流体体积” ：将模型转为线架图视图，然后放大以深蓝色显示流体体积部分。如果模型中存在一些内部小空间，SolidWorks FloXp
14、ress将仍然核准几何体。然而，如果存在内部空间，只可分析该内部小体积中的流体。“最小的流道” ：定义用于最小的流道的几何体。如果液体穿过小于默认最小的流道的缝隙，则将最小的流道设定到与缝隙宽度相等。最小的流道 使用在 SolidWorks 中设定为默认值的单位。检查几何体可以计算出模型单一内部型腔中的流体流量。进行SolidWorks FloXpress分析前，软件会自动检查几何体，几何体模型必须在内部有完全封闭的单型腔。若型腔内的流体流量为零，则该型腔没有完全封闭，而且会出现警告信息。因此，分析的注意事项如下：必须使用盖子、堵头等特征或模型闭合所有型腔开口，可以在装配体中生成盖子，应生成新
15、零件以完全盖住入口和出口。要在装零件中生成盖子，应生成实体特征以完全盖住开口。盖子必须由实体特征(如拉伸、旋转)组成，曲面作为盖子无效。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)13.2.3选择流体此步需选定穿过模型的流体，软件中可供选择的有水和空气，可以选择二者之一作为计算的流体，但不可以同时使用不同的流体的混合液，“流体”属性管理器如图13-20所示。 13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)13.2.4设定边界条件设定边界条件包括设定入口条件和设定出口条件。1设定入口条件用户须指定应用入口边界条件和参数的面。设
16、定入口条件的属性管理器如图13-51所示。对入口条件进行设置，操作步骤如下：01。单击“流量入口”面板中的 按钮 ，如图13-21所示。02右键单击入口处的堵头，然后选取“选择其它”，如图13-22所示。03在“选择其它”对话框中为要“应用入口的面” 选择 面旋转堵头。04设定“惯性流动比” 为0.5 kg/s, “温度” 保持默认的 ，单击“下一步”按钮 进入“流量出口”对话框。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)参数详解：“压力”：使用压力作为流量公制单位。SolidWorks FloXpress将此值假设为入口流量的总压力和出口流量的静态压力。
17、“容积流量比”：将流量容积作为流量公制单位。“质量流量比”：将质量流量作为流量公制单位。“要应用入口边界条件的面”：设定用于入口边界的面。“温度”：设定流进流体的温度。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)2设定出口条件必须选择应用出口边界条件和参数的面。设定出口条件的属性管理器，如图13-23所示。同理，选择出口。保持环境压力 为默认值 。“出口”选项组中的属性与“入口”选项组的设置基本相同，在此不再赘述。单击“下一步”按钮 进入“解出”对话框13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)13.2.5求解模型运行分析
18、以计算流体参数，单击“” ，其属性管理器如图13-24所示。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)13.2.6查看结果查看结果包括动画轨迹、1动画轨迹SolidWorks FloXpress完成分析后，可以查看分析结果，在“观阅结果”属性管理器中单击“轨迹”命令按钮 ，即可运行轨迹速度的动画图解，如图13-25所示。“图解设定”参数详解：“入口”和“出口”：以入口或出口透视图视角展示流体在零件内的移动情况。“轨迹数”：轨迹的个数。“管道”：以管道代表轨迹“滚珠”：以滚珠代表轨迹。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpre
19、ss)SolidWorks FloXpress使用轨迹显示结果为流动线。颜色代表轨迹上速度的变更。根据输入内容，轨迹的颜色显示轨迹上的参数更改方式。入口的“管道” 和“滚珠” 显示如图13-26所示。出口的“管道” 和“滚珠” 显示如图13-27所示。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)3图像捕捉“捕捉图像” ：将流动轨迹快照保存为JPEG图像会自动保存名为fxpl的文件夹中，该文件夹与模型位于同一文件夹内。勾选复选框 即可显示注释参数，如图13-28所示。13.2 13.2 流体分析流体分析(FloXpress)(FloXpress)4生成报表“生
20、产报表” ：生产Microsoft Word报告 ，其中包含所有项目信息、最高流速和任何快照图像，打开如图13-29所示。3.3 3.3 上机实训上机实训安装架使用情况，如图13-30所示。其受力面上受到支撑物对其竖直向下的压力150N，左侧面为固定面，通过螺钉穿过安装孔与机架固定连接。实际中用到2个相同的安装架，支撑物重力为300N，在此简化，只分析一个安装架，其受力减半。本例将要用SolidWorks中用于分析的Simulation插件完成安装架的静力分析，完成后如图13-31所示。 3.3 3.3 上机实训上机实训本例主要建模步骤提醒及练习目标：（1）新建算例（2）定义材料（3）添加夹具
21、（4）添加载荷（5）网格划分（6）分析运行结果01打开光盘中“安装架-静力分析.SLDPRT”零件。02在“Simulation”选项卡菜单中“算例顾问”按钮 的下三角，在弹出的下拉菜单中选择“新算例”选项，弹出“算例”面板，如图13-32所示。03在“算例”面板中“名称”文本框中输出“静力分析”，在“类型”中选择“静应力分析”按钮 ，单击“确定”按钮 ，完成算例类型设置，如图13-33所示。3.3 3.3 上机实训上机实训04定义材料。在“Simulation”选项卡菜单中单击“单击材料”按钮 ，在弹出的“材料”对话框中单击选择“钢”|“ ”，单击 ，再单击 ，完成材料定义，如图13-34所
22、示。3.3 3.3 上机实训上机实训05添加夹具。左侧面为固定面，通过螺钉穿过安装孔与机架固定连接。在“Simulation”选项卡菜单中单击“夹具顾问”按钮 的下三角，在弹出的下拉菜单中选择 选项，弹出“固定几何体”面板，在“夹具的面、边线、顶点” 区域中单击，然后选择4个圆孔面与左侧面，如图13-35所示。3.3 3.3 上机实训上机实训06在设计树中选择“外部载荷”，右击，在弹出的下拉菜单中选择 选项，单击“更改算例”设定网格划分单元，弹出的“力/力矩”面板，单击选择安装架的受力面，然后在“力值” 文本框中输入150，单击“确定”按钮 ，完成载荷设置，如图13-36所示。3.3 3.3
23、上机实训上机实训073在设计树中选择“网格”，右击，在弹出的下拉菜单中选择“加网格并运行”选项 ，图形区域弹出“网格进展”窗口，并实时更新网格化的进展百分比，如图13-37所示。3.3 3.3 上机实训上机实训08运算时间跟计算机配置等情况有关。网格化完成并自动分析出结果后，如图13-38所示。3.3 3.3 上机实训上机实训09右击设计树中的“结果”选项，在弹出的下来菜单中选择“保存所有图解为eDrawings”，在弹出的“保存”对话框中选择保存路径及文件名，并保存，如图13-39所示。3.3 3.3 上机实训上机实训10打开保存路径下的安装架-静应力分析.analysis文件，查看分析结果，如图13-40所示。3.3 3.3 上机实训上机实训11在设计树中展开“结果”选项，双击“应力（vonMises）”、“位移（合位移）”、“应变（等量）”、“位移（位移）”可以分别查看对应的分析结果图像及颜色，如图13-41所示。3.3 3.3 上机实训上机实训12对分析结果进行判定。对于支撑件，主要关注其应力，对比初定的材料及分析结果，不难得出安装件能承受最大应力为35，028，360N/m2，而定义的该材料的最大屈服强度为180，000，000 N/m2，如图13-42所示。安装件能承受最大应力该材料的最大屈服强度，即 。在该工作情形下，零件能满足受力要求。
