Solidworks 2023三维设计及应用教程 课件 7.1 有限元分析快速入门

欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1Simulation快速入门7.2Simulation应用实例7.3优化设计7.4耦合场分析7.1Simulation快速入门7.1.1引例-单向拉伸分析7.1.2有限元分析基础7.1.3有限元的建模策略目的要求目的：通过简单实例了解有限元分析相关术语，归纳总结通用分析步骤。重点:有限元分析的三步曲。

难点:有限元分析的特点及相关术语。7.1.1引例-单向拉伸分析问题分析（1）画模型（2）定类型（3）选材料（4）分网格（5）添约束（6）加载荷（7）求结果（8）显动画（9）下结论（1）画模型（2）定类型【solidworks插件】>SolidWorksSimulation【Simulation】>【新算例】>【静应力分析】>【确定】（3）选材料

右单击【零件】>【应用/编辑材料】>选【普通碳钢】（4）分网格

右单击【网格】>【生成网格】>【确定】接受默认网格（5）添约束

右单击【夹具】>【固定几何体】>选圆柱底面，【确定】（6）加载荷

右单击【外部载荷】>【力】>选顶面，5000N，【反向】>【确定】（7）求结果

单击【运行】（8）显动画

右单击【应力】>【动画】（9）下结论计算精度分析-可信度最大应力102.6MPaS=F/A=500/(3.14*4*4)=99.5MPa零件强度校核-可靠度小于屈服极限235MPa，不会屈服。演示视频单向拉伸分析演示过程总结

由以上引例可归纳出通用有限元软件分析三步曲为:前处理：画模型，定类型，设属性，分网格。求解：添约束，加载荷，查错误，求结果。后处理：列结果，绘图形，显动画，下结论。小结通过一个简单标准试件模型：介绍了Simulation的界面总结了有限元分析的主要步骤进行了理论值与有限元解的比较作业要求

课后熟悉SolidworksSimulation操作界面和命令，练习单向拉伸有限元分析，理解有限元分析三步曲。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1Simulation快速入门7.2Simulation应用实例7.3优化设计7.4耦合场分析7.1Simulation快速入门7.1.1引例-单向拉伸分析7.1.2有限元分析基础7.1.3有限元建模策略学习目标了解有限元的三步曲了解有限元的基本思想和术语掌握Simulation的基本界面和基本操作了解Simulation的主要功能7.1.2有限元分析基础1.有限元定义与基本思想2.有限元常用术语3.通用有限元软件分析三步曲4.Simulation界面5.Simulation分析类型6.Simulation网格控制7.Simulation结果后处理1.有限元定义与基本思想2.基本思想

化整为零，积零为整（数值积分→盖大楼。具有方法论的意义）。

即：将连续的结构离散成有限个单元和节点，将连续体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体；同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单元中假设一近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律；进而利用力学中的某些变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元法方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的有限自由度问题。求解结束后，利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。1.何谓有限元法求解数理方程的一种数值计算方法，解决工程实际问题的一种数值计算工具。2.有限元常用术语单元：结构的网格划分中的每一个小的块体称为一个单元。常见的单元类型有线段单元、三角形单元、四边形单元、四面体单元和六面体单元几种。由于单元是组成有限元模型的基础，因此，单元的类型对于有限元分析是至关重要的。节点：确定单元形状的点就叫节点。例如线段单元只有两个节点，三角形单元有三个或者六个节点，四边形单元最少有四个节点等。载荷：工程结构所受到的外在施加的力称为载荷。包括集中载荷和分布载荷等。在不同的学科中，载荷的含义也不尽相同。在电磁场分析中，载荷是指结构所受的电场和磁场作用。在温度场分析中，所受的载荷则是指温度本身。约束：边界条件就是指结构边界上所受到的外加支撑（已知位移）。3.通用有限元软件分析三步曲

从使用有限元程序的角度讲，有限单元法分析又可分成三大步:前处理：画模型，定类型，设属性，分网格。求解：添约束，加载荷，查错误，求结果。后处理：列结果，绘图形，显动画，下结论。4.Simulation界面设计树工具栏启动钮图形区5.Simulation分析类型SolidWorksSimulation可以完成“常规模拟、设计洞察、高级模拟”三部分功能。其中主要专题为：Static(静态)：计算压力、拉力和变形；Frequency(频率)：计算共振频率；Thermal(热力)：计算温度和热流动。6.Simulation网格控制网格大小它是按包围一个单元的球体（实体单元）或圆（壳单元）的直径来定义的。公差表示了网格特征单元的尺寸范围，如单元大小为0.225in，公差设定为0.011，则所有单元的尺寸均在0.214~0.236in范围内。自动过渡对细小特征、孔和圆角自动应用网格控制。在对具有许多细小特征和细节的大模型网格化之前消除选择自动过渡，可以避免不必要地生成大量单元。局部细化在高应力的地方应用网格控制。比率：定义连续过渡单元层间单元大小的比率比率=1.2比率=1.1整体单元9mm局部单元0.5mm7.Simulation结果后处理编辑定义：图表定义、图表选项、图解设定。截面剪裁ISO剪裁探测结果8.Simulation视频演示Simulation基本操作演示小结简要分析了有限元分析的三步曲介绍了有限元的基本思想及术语介绍了Simulation的界面介绍了Simulation的网格控制等基本操作作业以单向拉伸为例练习以下内容：网格控制编辑定义：图表定义、图表选项、图解设定。截面剪裁ISO剪裁（看等值线）探测结果（看路径图）机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1Simulation快速入门7.2Simulation应用实例7.3优化设计7.4耦合场分析7.1Simulation快速入门7.1.1引例-单向拉伸分析7.1.2有限元分析基础7.1.3有限元建模策略7.1.4装配体有限元分析学习目标了解有限元分析的原则掌握有限元工程应用的策略7.1.3有限元的建模策略1.有限元分析原则与策略2.有限元的建模策略范例3.有限元工程分析过程示例1.有限元分析原则与策略

常用策略如下：（1）网格疏密得当：一般采用“网格疏密得当，先粗后细”多次试算。（2）删除次要细节：忽略应力不大部位的小孔、倒角/圆角、退刀槽、键槽等一般“先压缩所有细节进行初步分析，然后解压缩应力较大部位的细节再进行分析”。（3）对称性的利用：只取对称结构的一部分分析（如1/2结构）。（4）模拟实际边界条件：如果模型边界条件与实际工况相差较大，计算结果就会出现较大的误差，所以建模时应尽量使边界条件值与实际值相一致。1倒角2小孔3圆弧过渡4退刀槽“保证计算精度的前提下尽量降低计算规模”。2.建模策略范例——带孔板分析（1）精细网格（2）疏密得当（3）忽略细节（4）利用对称

一个620mm×380mm×20mm的带孔矩形板，其中孔的直径为200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布载荷，计算其最大应力。（约220MPa）（1）精细网格查看网格信息的方法是在Simulation设计树中右键单击“网格”，选择“细节”。（2）疏密得当查看网格信息的方法是在Simulation设计树中右键单击“网格”，选择“细节”。（3）忽略细节（4）利用对称（5）

建模策略总结

一个620mm×380mm×20mm的带孔矩形板，其中孔的直径为200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布载荷，计算其最大应力。（约220MPa）3.零件有限元工程应用示例-工作台分析问题定义（分析图中承载支架B载载荷C作用下的应力和变形）模型简化（A物体变用约束、B物体变压力；忽略外圆角，利用对称性）几何建模（绘草图，建特征、制零件）施加边界条件（添约束、加载荷）网格划分（选材料、设单元、分网格）结果查看应力分布位移分布网格建模小结有限元建模策略：疏密得当，忽略细节，利用对称零件工程应用步骤：（1）问题定义，（2）几何建模，（3）网格建模，（4）结果查看作业如何控制网格密度？如何判断结果的精度？如何进行模型简化？完成带孔板建模策略对比分析。完成工作台强度分析.机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1Simulation快速入门7.2Simulation应用实例7.3优化设计7.4耦合场分析7.1Simulation快速入门7.1.1引例-单向拉伸分析7.1.2有限元分析基础7.1.3有限元建模策略7.1.4装配体有限元分析学习目标掌握装配体有限元分析的技巧7.1.4装配体有限元分析进行装配体分析时，必须设置零件之间的连接关系，即要考虑各零部件之间是如何接触的。车轮与钢轨之间、啮合的齿轮是典型的接触问题。1.装配分析的实质和面临的问题2.接触类型及实例（1）装配分析的实质和面临的问题装配体仿真的本质：就是设置零件与零件之间的接触问题。

装配体仿真所面临的问题：（1）模型的简化。这一步包含的问题最多。实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。（2）零件之间的联接。装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系，使用接触来建模，应该使用哪一种接触形式呢？（3）材料属性的考虑。在一