SimulationProfessional2011(简)

1、SolidWorks Simulation Professional 2011CAE事业部分析的基础当设计以下的齿轮轴时，哪些量是我们要检查的？ 应力(Stress) 应变(Strain) 位移(Displacement) 转动(Rotation) 温度(Temperatures)IMcJTrLAEPLGJTL)( TTAP2222221zTyTxTtT)()1 (2yxxE分析的基础当设计一个阀门、燃烧装置或散热鳍片时，哪些量是我们要检查的？ 压力降(Pressure drop) 温度(Temperatures) 质量流率(Mass flow rate) 速度(Velocities) 流体混

2、合(Fluid mixing)dtdwzwywxwzPgdtdvzvyvxvyPgdtduzuyuxuxPgzyx2222222222222222222222121122zgVPzgVP3/15/4PrRe453. 0 xxNu 22opDDVAFCVDRe分析的基础对于简单的几何实体，可以很简单地使用手动计算方式。 圆柱(Cylinders) 方块(Blocks) 梁结构(Beam structures)对于一般(复杂)的外型，却无法很容易地，或是很准确地来计算。要分析复杂的形状，我们会把他们打散成许多简单的小几何，然后计算整个合并的反应。有限元素分析(FEA)类推：面积假设我们想要计算一个

3、一般形状的面积。我们要怎么做才能改进面积量测的准确度？有限元素分析(FEA)类推：面积有限元素分析：网格(Mesh)我们把模型切割成一块一块称为元素( ELEMENTS)的小几何. 对于每一个元素产生的方程式，都会被合并到整个实体的方程式系统中，接着使用矩阵代数学来求解方程式系统。有限元素分析：网格(Mesh) 每一个元素都是一个简单的实体。 元素连接在一起的地方称为节点(NODES)。分析准确度 较少的元素可以求解的较快速。 较多的元素可以有较高的准确度。你必须要在元素的尺寸与运算的时间中找到一个平衡点粗糙网格：1773 nodes中等网格：7009 nodes细致网格：16,107 nod

4、es准确度vs.网格尺寸中等网格：7009 nodes运算时间：5秒最大应力：27.8ksi粗糙网格：1773 nodes运算时间：2 秒最大应力：25.8ksi细致网格：16,107 nodes运算时间：10 秒最大应力： 27.6 ksi准确度vs.网格尺寸网格转换过渡 很多时候，在模型上不同的区域并不需要相同的准确度。 针对准确需求度最高的区域，可以使用网格控制及转换过渡的能力来提升计算的结果。PremiumProfessionalSimulation Bundle静态分析 (Static)-零件分析-组合件分析-钣金件分析频率分析 (Frequency)-自然频率分析挫曲分析 (Buc

5、kling)-挫曲负载因子热传分析 (Thermal)-稳态分析-瞬时分析-热应力分析落下测试 （Drop Test）疲劳 （Fatigue）压力容器设计 （Pressure Vessel Design）非线性(Nonlinear)动态分析(Dynamics Analysis)-线性动态分析-非线性动态分析SW Simulation Bundle议程Simulation Static Bundle系统-操作接口-选项说明设计分析流程静态分析 (Static)-零件分析-组合件分析-钣金件分析自适性分析Adaptive大位移接触 large displacement contact收缩配合或干涉

6、配合Shrink fit or Interference fit远程负载Remote load连接点Connectors横梁结构Beams & Truss Structure运动负载转换成远程负载Motion load transfer using remote loads输入流体压力的应力分析Import fluid Pressure to analysis系统 操作接口 1. Simulation下拉工具窗体 2. Simulation工具栏系 统 选 项一般(General)默认数据库系 统 选 项预 设 选 项单位(Unit)负载/固定物(Loads/Restraints)网格

7、(Mesh)结果(Results)绘图(Plot)用户信息(User information)报告(Report)预 设 选 项预 设 选 项预 设 选 项预 设 选 项预 设 选 项预 设 选 项预 设 选 项预 设 选 项设计分析的步骤 定义分析类型 定义零件材料参数 定义实际情况(边界条件Boundary Conditions) 划分网格 运算(求解方程式系统) 检视并验证结果修改, 更新,重新定义 (设计分析)设计分析的步骤 - 11.定义分析类型 输入研究名称 选择分析类型- 静力(Prof.)- 频率- 挫曲- 热- 落下测试- 疲劳- 压力容器设计- 非线性(Pre.)- 线性动

8、态续（一） 研究属性 选项-间隙/接触 包含整体摩擦 忽略表面接触的间隙 为有不相容网格的接触曲面改善精确度 （此方法可在有无贯穿接触定义的区域产生连续且较为精确的应力。也可以在使用h-adaptive方法时确保收敛。） -计算大位移-计算自由本体力-求解器 各类型分析有不同可使用的 解法，使用时机也不同续（二） 研究属性 自适性（仅支持静态实体元素） 使用h-Method来解答目标精度 设定应变能量数的精度等级。这不是应力精度等级。不过，应变能量数收 敛的精度高就表示应力结果精确。精度偏差 滑动杆朝局部移动，程序将以较少的元 素数取得精确的峰值应力结果。或者您可将滑动杆朝整体移动，程序将取得

9、整体精确的结果。网格粗化 勾选此选项项程序在自适性循环期间，对误差较低的区域粗化网格。 当达到目标精度或达到最大循环数量，程序就会停止循环。续（三）使用P-Method来解答总应变能:模型的应变能计算方式是总计所有元素的应变能。均方根值von Mises应力:节点von Misses应力的均方根值。均方根值合位移:节点合位移的均方根值。当符合下列一项条件时，程序就会停止循环：整体准则收敛所有局部误差收敛（适用每个元素）达到最大循环数量。续（四） 研究属性 流量/热效应- 热选项 输入温度 来自热研究的温度 来自SolidWorks Flow Simulation的温度，计算流体温度造成的应力与

10、变形- 流体压力选项 来自SolidWorks Flow Simulation的压力，计算流体压力造成的应力及变形续（五） 专题属性 评论- 将意见包含在报告中设计分析的步骤 - 22.定义零件材料参数 使用SolidWorks的材质 自定义材质设计分析的步骤 - 33.定义实际情况(边界条件) 边界条件定义的正确与否，与运算出的结果有绝对的影响，我们必须善用CAD的功能，如分割线、参考几何、爆炸视图等，来帮助边界条件的定义。设计分析的步骤 - 44.划分网格 - 策略n 1.网格品质：粗略（一阶元素，每个实体元素有4个节点，薄壳元素有3个节点） 精细（二阶元素，每个实体元素有10个节点，薄壳

11、元素有6个节点）n 2.网格控制：自动转换（程序会自动针对小特征、圆角等网格细化） n 3.网格划分器类型：标准：Voronoi-Delaunay网格算法。网格产生器的速度比其 他替代的网格产生器快 ，多数情况中使用 基于曲率：此网格产生器自动在高曲率的区域产生更多的元素 （不需要网格控制） 续（一）n 4.Jacobian检查：实体 (使用高斯点来检查元素扭曲的程度) 薄壳（使用节点做检查）n 5.为非复合薄壳自动重新对正：软件会自动重新对正薄壳曲面，使底面/ 顶面位置一致 n 6.实体的自动循环：使用不同的整体元素尺寸自动产生网格 n 7.重新网格有不兼容网格的失败零件：针对网格失败处重新

12、独自产生网格n 8.在圆中的最小元素数量：任何元素的最大角度是360除以指定的数字 ，限制是4 36设计分析的步骤 55.运算(求解方程式系统)稀疏矩阵直接解法： 有间隙/接触之组合件分析，或是组合 件中各零件的材料性质差异很大时FFEPlus： 求解速度较快（较常用）使用平面效应：考虑平面内负载的效应使用软弹力来稳定模型：程序会自动附加软 弹力至地面，避免 造成刚性体的运动使用惯性反作用补助：程序会自动套用力抵 消不平衡的外部负载设计分析的步骤 6 6.检视并验证结果静态分析-零件分析开启“PartTrendTracker.SLDPRT”新增一个静态研究“Static”加入材料“Alloy

13、steel”静态分析-零件分析( 续一)将底部两个圆柱孔固定住，再选取垂直端的圆孔外侧面，加入500psi的均布压力使用精细网格并执行运算检视结果静态分析-零件分析(续二)计算被固定的两孔的反作用力；在结果右键单击，选择列出结果力再点选反作用力，点选量测孔的圆面，按更新即可von Mises应力值：绘图，色彩修改，单位转换，产生动画，探查应变值、位移值、变形图产生剖面结果视图、等值图设计检查精灵产生报告深入设计绘图从变形形状产生本体静态分析-组合件分析开启“AssemblyCrank.SLDASM”新增一个静态研究使用SolidWorks定义材质 CrankArmAxle ”Chrome St

14、ainless Steel” CrankPulley ”Gray Cast Iron” CrankArm ”Alloy Steel” 选取CrankPully-1的外圆面，加上固定的挟持定义，选取CrankArm-1的圆柱面，沿着平面方向1，加入-200lb的力量产生网格并执行运算静态分析-钣金件分析开启“Sheet metalfuel_tank.sldprt”新增一个静态研究“variable pressure”定义薄壳厚度及材料“Aluminum Alloy (1060 Alloy)”选取容器底部平面，为固定的拘束条件定义一个坐标系统给内部容积非均匀压力，压力值1psi，方程式系数在Y给0

15、.029，其余为0自适性（收敛性）分析开启“P and H AdaptivePlate-with-hole.sldprt”执行静态研究，网格尺寸使用1.5in检视SX正向应力（理论解为3024psi），并复制一个新的研究，名称为H-method在研究名称属性/自适性勾选h-adaptive，目标精度滑动杆移至99%最大循环数为5并勾选网格粗化网格尺寸使用10in并执行运算检视结果作比较自适性（收敛性）分析续（一）复制一个新的研究，名称为P-method在研究名称属性/自适性勾选P-adaptive，使用内订设定网格尺寸使用1.5in Jacobian选择在节点上，并执行运算检视结果接触分析设定

16、n接触面:结合整体、局部、零件 (Touching Faces: Bonded) -默认值，接触面在分析前后均是结合在一起，不会有分离的状况。n接触面:允许贯穿整体、局部、零件 (Touching Faces: Free) -使用时机:两者间无互动，若因其他条件,而确使接触面会有互相穿透时,使用自由接触条件可以加快指令周期 。接触分析设定(续)n无贯穿-节点对节点（node to node）整体、局部、零件-使用时机：若接触面有部份分离、部份结合的状况。-节点对曲面(node to surface)局部-使用时机：若接触面一开始完全分离、或有滑动情形。支援点或线接触。-曲面对曲面(surfac

17、e to surface)局部-使用时机：若接触面一开始完全分离、或有滑动情形。n热阻抗系数局部 (Thermal Contact Resistance) -使用时机：在热传研究中。n收缩配合局部 (Shrink Fit) -使用时机：干涉配合，欲知道锁合力。n虚拟墙壁局部 (Virtual wall) -使用时机：受到有摩擦的弹力支撑或者基础（接地）螺栓时。接触选项节点对节点 间隙元素 仅适用于初始接触的面 假设接触正向力方向以及接触点在分析过程中不会改变 施加的力量应该平行于接触正向力 若有滑动情形不应该使用 接触面应该要相对平坦或者平行 Simulation会在来源面及目标面之间建立同位

18、节点，节点不会互相合并接触选项节点对曲面 间隙元素会连接来源面上的节点以及目标面上的元素面 不同于节点对节点间隙接触: 接触像素一开始不一定要接触 接触力的方向是由于接触像素的变形形状判断出来 接触像素上的节点不需要互相对应接触选项曲面对曲面 相较于节点对节点及节点对曲面的应用更为普遍 适用于一般负载下的复杂接触 能获得较高的准确性，但需花较多时间 当来源面与目标面之间的接触面积太小，或于变形过程中变成只有一条线或点时，不建议使用此选项。在该情况下，请使用节点对曲面选项接触选项接触选项整理静态分析-接触分析开启“ContactQuarterEyeBar.SLDASM”新增一个静态研究材料为”A

19、lloy Steel” 选取剖切面上的5个平面，给一对称性拘束条件 （使用平坦表面，垂直面位移0）在连接/选择接触组/使用无贯穿节点对曲面(node to surface)的间隙/接触条件，建立网格并运算检视接触力的大小大位移接触范例开启ContactSlider_Locker_Mechanism.sldasm ”定义一个静态研究“Small contact”在两个零件上加入材料“Alloy steel”选取3个面，垂直于面在平坦面给0位移，在长pin的端面给一固定，短pin的端面给20mm的位移定义接触组并考虑摩擦效应建立网格并且运算定义一个使用变形比列为1的应力绘图，检视接触面 大位移接触

20、续（一）仿真被大间隙所分隔开的零组件首先，以一般的静态分析方式来执行运算，并检视得到的结果如果在负载过程中，看到接触曲面的方向有些改变，或是结果看起来不太切实际使用大位移选项大位移接触续（二）定义一个新的静态专题“Large Displacement”从“Small contact”研究中将材料参数及边界条件直接拖拉复制过来（或者复制整个研究）在研究名称上右键单击，点选属性。选取“大位移接触”的选项执行分析定义一个使用变形比例为1的应力绘图，检视接触的区域检视摩擦力和接触力收缩配合范例开启“ContactRingShrinkFit.SLDASM ”新增一个静态研究使用稀疏矩阵直接法求解两个零件

21、上加入材料（预设失败准则： 不明的）在两个圆柱面之间定义“收缩配合”的接触条件，选择曲面对曲面建立网格并运算。依据圆柱坐标系统检视Ux（径向）位移负载仿真：远程负载/质量远程质量适用于静态、频率、挫曲、线性动态研究，此功能不支持静态中的大位移选项远程负载及位移适用于静态、线性动态、非线性研究远程位移（直接转移）仅是用于非线性研究 可以简省复杂的几何运算以框架支撑的实体引擎负载仿真：远程负载远程负载 直接转移(负载及位移)-可弯曲的面-应用上如同等效的力及力矩 刚性连接(负载/质量及位移)-刚性面远程负载范例开启“Remote loadFrame with Engine.sldasm”在工具/物

22、质特性量测SW3dPs零件的质量中心和重量以SW3dPs的质量中心建立新坐标系统定义一个静力研究“Remote loads”将Frame-1视为实体并将SW3从分析中排除在Frame底部4个面为固定拘束选取“远程负载”，在刚性连接负载/质量，设定Y方向承载49.09kg重量建立网格并运算 比较“Remote loads”研究和“static”研究的结果连接点Connectors连接点有八种方式弹簧Spring-仿真弹簧在组合件中的行为与结果，但并不需要把弹簧模型建立起来，只要指定弹簧位置及其参数即可分析销Pin-仿真插销在组合件中的行为与结果，但并不需要把插销模型建立起来螺栓Bolt-应用于有

23、螺栓锁附的组合件，不需要建立螺栓模型。并可得螺栓的轴力、弯曲力矩与剪力轴承Bearing-系对圆柱面套用轴承支撑。轴承支撑可以是刚性或弹性支撑 点熔接Spot Weld-限定于曲面对曲面或者实体对曲面零组件应用边线熔接Edge Weld-仅适用于曲面本体或钣金件连结Link-应用于零组件之间刚性的铰炼连接刚性Rigid-设定不同零组件之间的面,链接在一起连接点-销开启“PinPliers.sldasm”新增一个静态分析研究定义材料(手钳为Alloy steel及其它为Al 1060 Alloy)设定BoltHole底端为固定设定两组作用力分别为40N（夹持）及20N（扭转）设定第一个销的连结点

24、 于两夹子的轴孔中，限 制平移度，转动度不限制，旋转劲度设0连接点-销（续一）设定第二个销的连结点于Bolt及方块圆孔，限制平移度，转动度不限制，旋转劲度为25设定Blot与圆孔接触条件为无贯穿，节点对曲面的形式产生网格并执行分析检视结果 （检视销的受力情况）连接点-螺栓开启“BoltBasketball_Hoop.sldasm”新增一个静态分析研究定义材料为合金刚设定四个螺栓的定义如下连接点-螺栓（续一）定义前端有一向下250lb的力量定义底座下方的面为固定设定篮框与底座接触面为无贯穿的节点对曲面接触，建立网格并执行预算观看结果绘图，并可单一列出螺栓的受力情况连接点-边线熔接开启“Edge

25、WeldBrace_weldment.sldasm”新增一个静态分析研究定义材料为AISI 1020细薄壳厚度为5mm设定四个边线熔接的定义如下，电极E60熔接大小10mm设定结合接触条件共四组（假设用螺栓锁固）连接点-边线熔接（续一）定义前端两侧有一向下10000N的轴承负载定义底座下方的边线为固定建立网格并执行预算观看结果/熔接检查绘图连接点-点熔接开启Spot WeldCar_Model.sldasm新增一个静态分析研究定义曲面为细薄壳厚度是0.3in，材料为Alloy Steel在底部两边线给一固定条件，另外在上方的面受一250lb的正向力连结类型为点熔接，直径为3mm定义无贯穿节点对

26、曲面的接触条件执行分析并检视结果连接点-连结开启Mixed meshMixedMesh-1.sldasm新增一个静态分析研究定义材料为Ductile Iron，细薄壳厚度为5mm在6个孔给一固定条件，另外在薄壳面上受一3 psi的压力连接点选择连结类型执行分析并检视结果静态分析-桁架结构开启Beam elementTruss.sldprt新增一个静态分析研究所有横梁材料为 合金钢在Joint-5承受64000lb向下的负载，Joint-7、8给一固定拘束，Joint-16在Z方向的位移为0产生网格并执行运算运动负载转换成远程负载在SW工具下拉窗体里的附加选项中勾选SolidWorks Moti

27、on开启“ Motion Punch.SLDASM.”查看动画结果档,选择Frame 50输出结果, Export Results to FEA选SolidWorks Simulation在SS的下拉窗体中，点选“输入运动负载”并从文件夹中开启这个负载档案选取所有与Link-1相关的负载，然后按下确定开启“Link”零件文件你将会看到一个新的专题名称“Frame-50”，并且已经把运动负载转换成远程负载加入材料“Plain carbon steel”在专题的属性中选用“FFEPlus” 以及“Inertia relief option”使用动静法的选项(使用惯性反作用辅助)执行分析 并 检视结

28、果流体压力的应力分析可将SolidWorks Flow Simulation运算的结果转换到SolidWorks Simulation中 转换压力、温度值到静力分析专题中 转换温度、热对流系数至热传分析专题中开启“FloWorksBall Valve.sldasm”新增一静态分析研究,在属性中勾选流体压力效应,选择到SolidWorks Flow Simulation结果档1.fld加入材料Alloy Steel 两侧面设定为固定执行分析 并 检视结果议程Simulation Professional Bundle 静态分析(Static) 频率分析 (Frequency)- 自然频率分析 挫

29、曲分析 (Buckling)- 挫曲负载因子 热传分析 (Thermal)- 稳态分析- 瞬时分析- 热应力分析 热接触组抗(Thermal contact resistance) 恒温器(Thermostat ) 落下测试(Drop Test) 疲劳(Fatigue) 压力容器(Pressure Vessel Design) 设计研究(Design Study)频率分析-自然频率分析开启“FrequencyShaft.SLDASM”新增一个频率研究，材料为Steel AISI 1020选取pb-bearing的螺栓孔，加上固定的拘束条件在研究名称/属性/选项设定所需频率数产生网格并执行运算检

30、视15模态的自然频率值挫曲分析-挫曲负载因子开启“Buckling3Plates-Surfaces.SLDPRT”新增一个挫曲研究定义材料及薄壳厚度选取Bar的底部边线，加上固定的挟持定义，选取顶端边线，加上均布力100lb建立网格并进行运算检查挫曲负载因子，并以理论公式计算值进行比较热传分析-稳态分析开启“ThermalCOMPUTER_CHIP.SLDASM”新增一个热研究“Steady”加入材料 Substrate-1”Ceramic Porcelain（陶瓷材料）” Chip1-4使用自定义定义，先选择SI单位制 弹性模数=4.1e11，热传导率=1， 密度=1250 热膨胀系数=1e

31、-6，比热=670，Poisson比=0.3选取附加电路板的两侧面Face1及Face2和底面，加入对流条件：对流系数=25，容积周围温度=300 在实体文件夹下复选四个芯片，加入热功率条件：Heat Power=0.2W建立网格并运算使用探查功能，检查芯片模型中心的温度热传分析-瞬时分析直接从“Steady”热研究复制到“Transient”研究中新增一个热研究“Transient”此时请在属性窗口中使用瞬时的解答类型，总时间为900秒，时间增量为30秒，设定所有零组件最初温度为300K直接执行运算，不需重新产生网格绘制出整个热传过程中温度对时间变化的趋势图（响应图）热传分析-热应力分析新增

32、一个静态研究在属性/流体热效应/热选项中选择来自热研究的温度(Transient)，时间步阶为15，零应变的参考温度设为300K，解法使用FFEPlus直接把“Steady”研究中的材质资料复制到“ThermalStress”研究中在芯片组的模型上将Face1及Face2两个面加上对称的挟持条件，另外在底部面使用参考几何垂直于面为0（或在平坦面上垂直于所选为0）直接运算并检视结果热接触阻抗 仿真在热传分析时，零件之间的热阻抗 可将薄零件的热阻抗计算进去，却不需要实际把零件建立出来Account for heat resistance of thin parts without actually

33、 modeling them!以定义在接触区的导热率方式，来建立芯片与附加电路板之间的黏胶性质热接触阻抗范例开启“Thermal contact Thermal_Contact.SLDASM ”将模型做爆炸视图，单位系统使用“SI”单位，温度单位使用“Kelvin”定义一个热传研究“TCR”在“Al-Base-1”零件自定义定义“热传导率为240”密度为2700， “Si-Chip-1”热传导率为1800“密度为2300Si-Chip-1零件产生25W的热功率在两零件的外部面产生一热对流，对流系数250 容积温度298在接触条件定义一个“有热阻力” 其分散热阻抗值为1e-4 恒温器Thermo

34、stat开启“ThermalCoffeeJar.sldasm”新增一个热分析研究，并在属性选择瞬时，总时间3600秒，增量60秒定义材料:CoffeePot Glass , Top Nylon 6/10 Coffee 密度=1000 Kg/m3 ,热传导系数= 40 W/m.K,比热= 4200 J/Kg.KCoffeePot和Top初始温度华氏72，Coffee初始温度为华氏195设定CoffeePot底部有一热功率2000W，并设定 Coffee顶面中间端点为传感器，设定温度190200F 恒温器Thermostat设定CoffeePot外对流系数为（6.1e-5）英制，容积温度72F设定

35、Coffee顶面对流系数为8.5e-6(英制)，容积温度72F执行分析利用探查检视感测点温度变化情形并绘图 落下测试分析开启“Drop Test AluminumBar.sldprt”新增一个落下测试研究(478mpersec) 定义材料:此铝杆件为一von Mises可塑性均质材料， 材料性质如下 弹性模数=7e10 Poisson比=0.3 降伏强度=4.2e8硬化系数=0 相切模数=1.0e8密度=2700指定落下高度从质心为150cm，设定重力方向与加速度为9.81m/sec2目标方位设定为垂直于重力落下测试分析（续一）设定结果选项中，撞击后解决时间45微秒，储存结果开始于0微秒，绘图

36、数设定为30个布阶在传感器选取铝杆前后两端面的中心点为参考的结果历史图表用较粗的尺寸建立网格后，执行分析观看结果，各个时间点的应力或位移结果以及时间历程绘图 疲劳测试 基础概要疲劳测试 在负载与温度的条件下，包含应用次数的分析 预测一设计产品的寿命，与验证临界疲劳的区域 计算疲劳使用因子(损坏因子)，达到1即产生疲劳疲劳定义 疲劳事件 疲劳负载 疲劳位置 应力条件 改变应力 疲劳强度 忍耐极限疲劳测试 基础概要疲劳曲线一般分为高周和低周疲劳两种，一般来说低周疲劳会发生在1000个周期内。在Simulation的疲劳分析是属于高周疲劳平均应力修正方法：Goodman-适合易脆材料 Gerber-适合可延展材料 Soderberg-最保守疲劳测试 基础概要材料S-N曲线 S-N曲线一般是以单一轴向负载所测试出的数值，但真实负载通常会有多轴向负载，因此Simulation提供一个疲劳强度减低因子，降低疲劳曲线图。疲劳测试 基础概要 疲劳事件 疲劳数量：输入要测试的负载次数 负载类型：Fully reversed ( LR= -1 ) Zero-based ( LR= 0 ) 负载比率 寻找周期峰值 专题相关性：可以同时链接数个静态或