Solidworks 基础及其教程- 2

Solidworkssimulation仿真教程介绍零件在静力载荷作用下的应力、应变特性第三章应力分析（1）静应力分析的基础知识（2）静力学分析的流程、静应力分析的属性设置等内容（3）有限元的静应力分析是指使用有限元方法来模拟一个结构在静态载荷（不随时间变化或变化非常缓慢的载荷）作用下的力学响应。它计算的是结构在载荷达到稳定状态后的应力和变形。3.1静力学分析基础知识静应力分析（StaticStructuralAnalysis）是有限元方法（FEM）中最基础的应用之一，用于计算结构在静载荷（不随时间变化或缓慢变化的力）作用下的位移、应变和应力分布。其核心方程包括平衡方程、几何方程、本构方程，并通过虚功原理或最小势能原理建立有限元求解格式。3.1.1静应力分析的应用领域（1）机械工程领域机械零部件设计如分析轴、齿轮、轴承、支架等部件的应力分布，避免塑性变形或断裂。例如，机床底座需保证刚度，防止加工误差。压力容器设计，如验证储罐、锅炉在内压作用下的安全性，确保符合ASME等标准。（2）土木工程领域桥梁与建筑设计，如计算恒载（自重）和活载（车辆、人群）下的应力，优化结构设计。如斜拉桥索塔的应力分析。大坝与隧道设计，如评估水压、土压下的稳定性，预防裂缝或坍塌。3.1静力学分析基础知识3.1.1静应力分析的应用领域（3）航空航天领域飞行器结构设计，如机翼在气动载荷下的应力、机身框架的承载能力分析，确保轻量化与强度的平衡。火箭部件设计，如燃料贮箱在发射静载荷下的结构完整性。（4）汽车工程领域车身与底盘设计与校核，如静态载荷下车身框架的强度分析，如悬挂系统在最大载荷时的应力。发动机部件设计，如曲轴、活塞在爆发压力下的应力分布优化。（5）能源领域风力发电机叶片设计，如静止或额定风速下的应力分析，确定材料厚度与铺层方向。核反应堆容器设计，如长期承受高温高压的静力学性能评估。（6）电子电器领域电路板与封装受力分析，如安装过程中引脚焊接的机械应力分析，防止脆性断裂。散热结构结构分析，如散热片在热膨胀下的变形控制。3.1静力学分析基础知识3.1.1静应力分析的应用领域（7）生物医学领域骨科植入物人工髋关节在步行静载荷下的应力分布，避免金属疲劳。（8）材料研发领域新材料测试工作，如测定复合材料层合板的极限强度，指导工艺改进。（9）失效分析通过应力反推机械部件断裂原因，如起重机吊臂过载分析。（10）核心价值安全性设计：预防过载失效，保障生命财产安全。优化设计：减少材料冗余，降低成本。合规性：满足行业标准与法规要求。通过静应力分析，工程师能够在设计阶段预见潜在问题，确保结构在各种静态负载下的可靠性与经济性。3.1静力学分析基础知识3.1.2弹性力学基本方程静应力分析的理论基础建立在弹性力学三大基本方程之上：(1)平衡方程(2)几何方程(3)本构方程3.1静力学分析基础知识3.1.3基本假设条件在静止状态下，大多数的工程问题在受到均匀载荷时（即不收加速度影响），可简化为线性问题。因此，必须对工况和材料进行一定的简化和假设：1）材料连续性假设指变形固体的内部组织是连续不间断的，内部没有空洞、隔断等缺陷。2）材料均匀性假设指变形固体的内部组织均由同一种材料构成。3）材料各向同性假设指变形固体内部组织的任一点在各个方向上具有相同的物理性质。4）弹性阶段假设指结构体在受力过程中，应力和应变成线性比例关系。5）小变形假设指结构体在外力作用下的变形，相对于自身的几何尺寸属于小变形，通常指变形量在5%以内。6）缓慢加载和卸载所有载荷被缓慢且逐渐应用，直到达到其完全量值。3.1静力学分析基础知识3.1.4边界值问题的数学描述在综合三大方程，静力学问题可以表述为：在给定边界条件下求解满足平衡方程的位移场，其场形式为：在域Ω内：其中在边界Γ上：u=û（位移边界）。n·σ=t̂（力边界）。其中û和t̂分别为给定的边界位移和面力。3.1静力学分析基础知识3.1.5离散化过程离散化是将连续几何体转化为有限个离散单元的过程，这是有限元分析的基础步骤。其核心思想是将复杂的连续问题分解为多个简单子问题的集合，通过对这些子问题的求解来逼近原问题的解。有限元法的核心思想是将连续体离散为有限个单元的组合体。离散化过程包括：（1）几何修复和简化（2）单元类型选择（3）节点定义（4）形函数构造静应力分析作为有限元方法的基础，其理论体系已经相当成熟，但在工程应用中仍面临诸多挑战。随着计算技术的发展和新材料的出现，静力分析的方法和应用范围仍在不断扩展。掌握其基本原理是进行更复杂分析的必要基础，也是正确解读计算结果的根本保证。3.2静应力分析流程3.2.1打开Simulation模块单击【SOLIDWORKS插件】→【SOLIDWORKSSimulation】→【Simulation】→【静应力分析】进入仿真模块。在该模块中，可对三维实体模型进行受力分析。单击【使用2D简化】可进行轴对称、平面受力等2维模型进行受力分析。3.2静应力分析流程3.2.2定义几何模型的材料属性可以通过如下方法定义材料属性：1）单击标题栏的①【应用材料】模块，进入定义几何模型的材料指定，系统的材料库中提供了金属、橡胶、木材、塑料等常用的材料。2）通过【自定义材料】模块自己定义材料属性。如果在CAD系统中定义了材料属性，则不需要执行这一步。建立在静力分析之上的疲劳算例和优化算例，使用已建立的静力分析来获得材料定义，如图3-1所示。3.2静应力分析流程3.2.3定义接触关系定义零部件接触与相触面组，零件之间的交互条件，可以控制零部件在仿真过程中的行为。可以在全局级别、零部件级别或局部级别指定几何实体之间的交互关系。常用的交互关系见表。关系名称内容阐述接触用于静态算例、掉落测试算例和非线性算例。接触关系可防止实体之间的干涉，但允许形成缝隙接合适用于所有需要网格化的算例类型。接合关系可将实体之间像焊接一样不可分割。可将组1实体（顶点、边线、面、横梁铰链和横梁）接合到组2面。顶点、边线、和面可属于壳体或实体。接合的行为取决于源实体是属于实体、壳体还是横梁。如果源实体属于某个壳体或横梁，接合的形式将是固定连接，壳体与实体之间的原始角度将在变形期间保持不变。如果源实体属于实体，接合的形式则为铰接，壳体与实体之间的角度可能会发生变化自由适用于静态算例、非线性算例、频率算例、扭曲算例及掉落测试算例。该程序将组1与组2（源与目标）面视为不相连。如果应用的载荷没有引起干涉，使用此选项可节省解决时间。如果无法确定载荷是否会在仿真期间导致干涉，请勿使用此选项。请使用比例因子1.0绘制变形形状，以检查干涉冷缩配合只适用于静态算例和非线性算例。应用于发生干涉零部件中，从两个最初互相干涉的零部件中选择面。可单击【工具】→【评估】→【干涉检查】以确保两个面发生干涉虚拟壁只适用于静态算例。此接触类型定义组1实体与目标基准面定义的虚拟壁之间的接触。目标基准面可以是刚性或非刚性。通过指定非零的摩擦系数值，可以定义组1实体和目标基准面之间的摩擦已绝缘只适用于热力算例。此选项类似于结构算例的自由选项。程序将组1和组2视为不相连。该程序可以防止因组1和组2实体的传导而产生热流热阻只适用于热力算例。此选项允许指定组1和组2面之间的热阻3.2静应力分析流程3.2.4定义载荷和约束静态算例需要一定类型的载荷或规定位移，载荷对于频率算例而言是可选的。对静载分析，常用的载荷有压力、力、引力、离心力、远程载荷和约束、轴承载荷和冷缩配合等，见表。3.2静应力分析流程3.2.4定义载荷和约束3.2静应力分析流程3.2.4定义载荷和约束3.2静应力分析流程3.2.4定义载荷和约束3.2静应力分析流程3.2.4定义载荷和约束3.2静应力分析流程3.2.4定义载荷和约束3.2静应力分析流程3.2.5网格划分网格划分是设计分析过程中一个至关重要的步骤。该软件中的自动网格器会根据整体单元大小、公差及局部网格控制规格来创建网格。网格化会创建3D四面实体单元、2D三角形壳体单元、及1D横梁单元。网格由一种类型单元组成，除非指定了混合网格类型。实体单元天然适合大型模型。壳体单元自然适合建模细薄零件（钣金），横梁和桁架适合建模结构构件。在左侧仿真目录树中，单击右键【网格】按钮可出现【网格顾问】、【为网格简化模型】、【生成网格】、【加网格并运行】等命令，见表3-4。3.2静应力分析流程3.2.5网格划分3.2静应力分析流程3.2.5网格划分3.2静应力分析流程3.2.6运行算例并查看结果在成功运行算例之后，软件会在Simulation中创建【结果】文件夹。【结果】文件夹的默认图解取决于算例的类型和在“选项”对话框的“默认选项”选项卡上设定的选项。在静应力分析中，【结果】文件夹内通常会包含应力、应变和位移三个选项。在【结果】单击右键，弹出菜单栏中有【结果顾问】、【计算器信息】、【定义收敛诊断图解】、【定义热点诊断】、【定义安全系数图解】、【定义应力图解】、【定义位移图解】、【定义应变图解】等项目，使用者可以自己选择定义的类型图解，具体为在相应的所需求类型图解进行单击，即可将该类型图解添加到结果文件夹内。具体图标内容见表3-5。3.2静应力分析流程3.2.6运行算例并查看结果3.2静应力分析流程3.2.6运行算例并查看结果3.2静应力分析流程3.2.6运行算例并查看结果在【应力】选项上单击鼠标右键，可以得到【隐藏】、【编辑定义】、【图表选项】、【设定】、【动画】、【截面剪裁】【Iso剪裁】等多个结果展示功能选项，其具体的含义如表3-6所示。3.2静应力分析流程3.2.6运行算例并查看结果3.2静应力分析流程3.2.7结果分量在SOLIDWORKSSimulation中，结果分量（ResultComponents）是指分析结果中不同方向或类型的物理量，通常用于描述应力、位移、应变等参数的特定方向或组合。以下是常见的分量及其含义见表37。名称分量名称内容说明节点应力SX：X法向应力SY：Y法向应力SZ：Z法向应力TXY：YZ基准面上的Y方向抗剪TYZ：XZ基准面上的Z方向抗剪P1：第一主要应力P2：第二主要应力P3：第三主要应力VON：von-Mises应力INT：应力强度(P1-P3)TRI：三轴应力(P1+P2+P3)3.2静应力分析流程3.2.7结果分量单元应力SX：X法向应力SY：Y法向应力SZ：Z法向应力TXY：YZ基准面上的Y方向抗剪TYZ：XZ基准面上的Z方向抗剪P1：第一主要应力P2：第二主要应力P3：第三主要应力VON：von-Mises应力INT：应力强度(P1-P3)TRI：三轴应力(P1+P2+P3)CP：接触压力3.2静应力分析流程3.2.7结果分量位移UX：位移（X方向）UY：位移（Y方向）UZ：位移（Z方向）URES：合位移RFX：反作用力（X方向）RFY：反作用力（Y方向）RFZ：反作用力（Z方向）RFRES：合力反作用力方向）RX：旋转（X方向）RY：旋转（Y方向）RZ：旋转（Z方向）RMX：反力矩（X方向）RMY：反力矩（Y方向）RMZ：反力矩（Z方向）RMRES：合力反力矩3.2静应力分析流程3.2.7结果分量节点应变EPSX：X正应变EPSY：Y正应变EPSZ：Z正应变GMXY：YZ基准面上的Y方向抗剪GMXZ：YZ基准面上的Z方向抗剪GMYZ：XZ基准面上的Z方向抗剪ESTRN：对等应变E1：正应变（第一主要方向）E2：正应变（第二主要方向）E3：正应变（第三主要方向）3.2静应力分析流程3.2.7结果分量单元应变EPSX：X正应变EPSY：Y正应变EPSZ：Z正应变GMXY：YZ基准面上的Y方向抗剪GMXZ：YZ基准面上的Z方向抗剪GMYZ：XZ基准面上的Z方向抗剪ESTRN：对等应变SEDENS：应变能密度ENERGY：总应变能E1：正应变（第一主要方向）E2：正应变（第二主要方向）E3：正应变（第三主要方向）3.3静应力分析属性设置3.3.1选项内容静态分析之前，通常需要对分析进行设置，如图32所示，可通过选项PropertyManager，请执行以下一项操作，从SimulationCommandManager中，选择【新算例】然后选择【算例属性】。也可以在静态算例树中，右键单击顶部节点，然后单击【属性】。在属性中可以设置求解器类型和解算过程中的边界或者位移的要求，详细见表3-8。3.3静应力分析属性设置3.3.1选项内容表3‑8静态分析属性设置表项目名称内容自动软件会根据方程式数量、负载实例、网格类型、几何特征、接触和接头特征以及可用系统内存，选择最佳方程式解算器（IntelDirectSparse或FFEPlus迭代）。某些选项和条件仅适用于IntelDirectSparse或FFEPlus解算器手动选择要用于仿真的解算器FFEPlus选择FFEPlus解算器运行算例。此求解器使用高级矩阵图重新排序技术，因此在处理大型问题时效率更高。每2,000,000个自由度需要1GBRAMLargeProblemDirectSparse通过利用增强的内存分配算法，LargeProblemDirectSparse解算器可以处理超过计算机物理内存的仿真问题IntelDirectSparseIntelDirectSparse解算器可用于静态、热力、频率、线性动态和非线性算例。通过利用增强的内存分配算法和多核处理能力，IntelDirectSparse解算器提高了在内核中求解仿真问题时的速度。IntelDirectSparse解算器能够更高效地利用多个内核接触惩罚刚度比例因子指定线性静态算例中所用接触的惩罚刚度的比例因子。要获得具有接触交互的线性静态算例的精确解，请使用1.0作为惩罚刚度因子。要评估设计迭代和模型的整体行为，请指定小于1.0的值，以更快地获得近似解大型位移复选此选项时，该程序会以渐进、均匀的方式分步应用载荷直至达到最大载荷，并在每一步中执行接触迭代。步骤数由该程序内部决定。此选项不可用于2D简化算例计算自由实体力选择此复选框将指示应用程序在每个节点处的网格力平衡。在打开了此旗标的情况下运行某个算例之后，右键单击“结果”结果文件夹并选择“列举合力”可以列出面、边线和顶点上的作用力。这些力可以来自于接触、外部载荷、约束或接头。此选项不可用于2D简化算例3.3静应力分析属性设置3.3.2自适应选项内容静态自适应网格（StaticAdaptiveMesh）是SOLIDWORKSSimulation中一项重要的网格控制技术，它通过自动调整网格密度来提高特定区域的求解精度，设置位置如图3-3所示。本软件提供h-自适应和p-自适应两种方法，每种自适应的目标精度、精度偏差、网格粗糙化等技术指标不同，以下是两个自适应的技术指标区别，见表3-9、表3-10。3.3静应力分析属性设置3.3.2自适应选项内容表3‑9h-自适应选项内容目标精度设置应变能量范数的精度水准。这不是应力精度水准。但是，如果应变能量范数的收敛精度水准高，则表明应力结果的精度也高。使用滑杆来设定所需的精确度精度偏差可以将滑杆向可以将滑杆向移动，指示程序使用较少的元素集中获取精确的峰值应力结果。或者，也可以将滑杆向全局移动，指示程序集中获取整体精确结果。集中力和尖锐边角位置会出现应力奇异性。由于使用了较小的单元，这些位置的应力会不断增加。对于有此类奇异性的模型，建议将滑杆向全局移动最大循环数设置运行算例时允许的最大循环数。有效的最大循环数为5网格粗糙化网格粗糙化-复选该选项可以允许该程序在自适应循环期间粗糙化错误少的区域中的网格。连续环中的单元数会视模型和初始网格的不同而可能增加或减少。如果不复选此选项，程序将不会更改错误少的区域中的网格。在这种情况下，每个自适应循环中的单元数会不断增加3.3静应力分析属性设置3.3.2自适应选项内容表3‑10p-自适应选项内容停止时间设定用于指示环的收敛和结束的总体准则。从以下选项中选择：总应变能：将所有单元的应变能相加计算出的模型的应变能。RMSvonMises应力：节点vonMises应力的均方根值。RMSRes.位移：节点合位移的均方根值更改为xx%或更低设定所选总体准则中允许的最大相对更改更新相对应变能错误率为xx%或更高的单元设定在每个单元的应变能中最大允许的相对错误。如果其他两个停止准则均未满足，该程序将增加应变能为xx%或更高的单元的多项式阶序（多项式阶序：就是软件在计算过程中，自动地将所选单元从低阶形函数（如线性）升级到高阶形函数（如二次、三次），从而在不改变网格数量的情况下，大幅提升该单元及所在区域的计算精度）开始p-阶序设置第一个循环的元素阶次。最低阶序为2，最高阶序为5最大p-阶序设置最大元素阶次。有效的最高阶序为5最大循环数设定此分析中允许的最大循环数。有效的最大循环数为43.4

实例：支撑架静应力分析3.4.1创建分析系统新建如图34所示尺寸几何体，或者打开课后辅助文件。①单击【SOLIDWORKS插件】②单击【SOLIDWORKSSimulation】③单击【Simulation】④单击【新算例】⑤【静应力分析】创建一个静应力的分析模型，如图3-5所示。3.4

实例：支撑架静应力分析3.4.2材料赋值单击①【应用材料】，在弹出的对话框中选择②【普通碳钢】，最后单击③【应用】。这样就将材料赋值给几何结构，如图3-6所示。3.4

实例：支撑架静应力分析3.4.3指定约束和载荷（1）约束施加在左边导航树中，鼠标右键单击①【夹具】，在弹出的菜单中，鼠标左击②【固定几何体】选项，单击③选项同时选择单击④选项，选择几何体中间圆孔的内表面。这样内表面上的节点在空间中的位移和旋转被固定住，如图3-7所示。3.4

实例：支撑架静应力分析3.4.3指定约束和载荷（2）载荷施加本次算例在支撑架的上平面施加10000N多轴向压力，在右端面施加100N∙m的扭矩。在目录树中，鼠标右击①【外部载荷】在弹出的对话框中单击②【力】，继续在打开的对话框中，单击③选择支撑架的上平面作为轴向力的作用面，单击④施加1000N的载荷。打开力和扭矩对话框，鼠标单击⑤【扭矩】，单击⑥【力矩的面】选择支架的最右端面为扭矩施加位置，单击⑦为力矩选择方向轴，单击⑧输入扭矩值100，如图3-8所示。3.4

实例：支撑架静应力分析3.4.4网格划分在目录树中，鼠标右键单击①【网格】，在弹出的对话框中，单击②【生成网格】，在弹出的对话框中左右拖动③【网格因子】来调整整体网格的大小，也可以单击④【最大单元大小】设置为10mm，单击⑤【最小单元大小】设置为1mm，确定后即可整体网格划分，如图39所示。进一步，可对结构上的四个孔进行局部尺寸加密，标右键单击①【网格】，在弹出的对话框中选择⑥【应用网格控制】，单击⑦选择支撑架的四个圆孔内表面，单击⑧设置最大单元大小】设置为2mm，单击⑨【最小单元大小】设置为1mm，最后单击⑩【生成网格】完成局部网格划分，局部网格划分后，如图3-10所示。3.4

实例：支撑架静应力分析3.4.4网格划分3.4

实例：支撑架静应力分析3.4.4网格划分图3‑10网格细化对比图3.4

实例：支撑架静应力分析3.4.5查看运行结果在单击①【运行此算例】即可运行分析，通常静应力分析的②【结果】包含【应力】、【位移】、【应变】三个选项。通过分析结果可以看到，最大von-Mises应力位置位于四个轴孔内，应力值为116.8MPa，最大位移量为0.29mm。整个结构受力不均匀，上部两个螺孔位置受力最大，下面两个螺孔及螺孔所在面板受力较小，鼠标右键单击③【应力】，在弹出的对话框中单击④【编辑定义】，单击⑤可以选择不同的强度准则。单击⑥可以选择应力的单位，如图311所示。3.4

实例：支撑架静应力分析3.4.5查看运行结果3.5

实例：管道配合-轴对称分析有限元轴对称分析（AxisymmetricFiniteElementAnalysis）是针对具有轴对称几何形状和载荷条件的工程问题所采用的一种简化分析方法。当物体的几何形状、材料属性以及边界条件都关于某一轴线对称时，可以将三维问题简化为二维问题进行分析，从而显著减少计算量。有限元轴对称分析在工程中应用广泛，特别适合几何、载荷和边界条件均关于中心轴对称的问题。3.5.1轴对称分析的应用领域（1）压力容器与管道分析：圆柱形或球形压力容器、管道、储罐的受力分析。（2）旋转机械部件：涡轮盘、飞轮、轴承、齿轮等旋转对称结构分析。（3）地质与岩土工程：桩基、隧道、钻井等轴对称结构受力分析。（4）制造工艺仿真：旋压、拉深、注塑成型等工艺受力分析。（5）传热分析：轴对称热传导或热应力问题。（6）生物医学工程：血管、人工关节等近似轴对称的生物结构受力分析。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.2建立模型本次分析管道的轴对称连接问题，两个管道通过锥形口连接，采用轴对称模型，将管道进行2维简化，管的内部承受10MPa的均布压力，材料选择普通碳钢。最终观察材料的应力分布，以及接触面上的接触压力分布。必须注意的是，在轴对称分析系统中，需要一根对称轴，因此二维建模的过程中要建立一根空间的对称轴。如图3-12所示中的中心轴Axis1。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.3创建轴对称分析系统单击【新算例】选项在弹出对话框中单击①【名称】选项改为“管道配合-轴对称分析”，单击②勾选【使用2D简化】选项后单击【确定】按钮，在弹出的对话框中单击③【轴对称】选项，单击④【剖切面】选项旋转两个建立的曲面，选择好后曲面成黄色，如果选择曲面的时候无法选取，可能是你的建模方向与所在建模平面的法线方向相反，系统默认建模平面的法线方向指向平面外侧时，模型建立在对称轴的右侧。出现上述问题时，勾选⑥【使用另一边】选项，选择曲面即可。单击⑤【对称轴】选项选择建立的中心轴Axis1，最后单击确定即可，具体流程如图3-13所示。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.4材料赋值鼠标单击①【应用材料】选项，在弹出的对话框中单击②【普通碳钢】选项，最后单击③【应用】选项，完成材料赋值。如图3-14所示。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.5连结关系设置如果分析系统中存在两个实体，系统会自动设置这两个实体的连结关系，并默认将连接关系设置为“结合”。本次分析需要观察两个曲面的接触压力关系，因此需要将默认的结合关系改为“接触”关系。鼠标右键单击①【零部件交互】选项下的【全局交互】选项，在弹出的对话框中单击②【编辑定义】，再点击③【接触】选项，并勾选④【摩擦系数】设置摩擦系数为0.05，如图3-15所示。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.6边界条件和载荷鼠标右键单击【夹具】选项，弹出的对话框中单击①【固定几何体】选项，弹出的对话框中单击②【固定几何体】，再单击③【夹具的边线、顶点】中选择配合体的最上边缘线进行固定。鼠标右键单击【外部载荷】选项，弹出的对话框中选择【压力】选项，弹出的对话框中单击④【压强的面】中选择装配体最下面内边线位置，单击⑤【压强值】选项，输入2MPa压力，如图3-16所示。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.6边界条件和载荷3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.7网格划分和查看运行结果鼠标右键单击①【网格】选项，在弹出的对话框中选择【网格参数】选项，单击②将最大网格尺寸修改为1mm，最小网格尺寸修改为0.2mm。单击④【运行此算例】选项，即可运行系统。系统默认的输出结果为【应力】、【应变】、【位移】三个选项卡。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.7网格划分和查看运行结果在【应力】选项中单击右键鼠标⑤，在弹出的对话框中鼠标左击⑥【显示为3D图解】，视图可以三维模式显示计算结果如图3-17所示。本次分析，最大von-Mises应力为144.1MPa，如图3-18所示。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.7网格划分和查看运行结果本次分析中设置了“面-面”接触的结合关系，配合面上存在接触压力，现在观察接触压力的分布情况。鼠标右键单击⑦【应力】选项，在弹出的对话框中单击⑧【编辑定义】，在⑨应力选项选择⑩【CP：接触压力】,即可显示整体的接触压力，如图3-19所示。最大接触压力为54.51MPa，如图3-20所示。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.7网格划分和查看运行结果如何更好地显示出接触面上的接触压力的分布？可以使用【探测】工具。鼠标右键单击⑦【应力】选项，在弹出的对话框中单击⑪【探测】选项，或者单击⑫【图解工具】选项中单击⑬探测工具，在弹出的【探测结果】对话框中，单击⑭【在所选实体上】，同时单击⑮【面、边线和顶点】选项，选择需要接触的面的边线，单击⑯【更新】选项，即可更新出所选择边线的所有节点的编号、坐标值和接触压力信息。单击⑰【图解】选项，即可图形的形式展示出所选节点的接触压力分布。3.5

实例：管道配合-轴对称分析3.5.7网格划分和查看运行结果接触应力沿着接触路径呈现出两头接触，中间分离的分布特性，表面在两端存在接触的应力集中现象，可对应力集中位置进行倒角等措施，修改几何结构降低应力集中现象，使接触力分布更加均匀，如图所示。3.6

实例：销连接-子模型分析子模型功能是SOLIDWORKSSimulation中优化分析效率与精度的利器，该功能利用圣维南原理，认为远离局部区域的边界条件对局部应力的影响较小，允许截取局部区域进行细化分析，适用于大型装配体或局部细节验证。通常子模型法的适应场合有：1）复杂装配体，如发动机中螺栓连接的应力分析。2）应力集中区域，如孔洞、圆角等易发生疲劳断裂的位置。3）多物理场耦合，局部热应力、流体-结构相互作用分析。4） 优化验证，在优化设计后，对修改区域进行细节验证。子模型法局部详细计算的思想，在有限元分析过程中，具有如下优势：1）计算效率高：避免了为局部细节而细化整个模型导致的计算资源浪费；2）分析精度高：可以对关键区域进行网格细化，获得更精确的应力应变结果；3）灵活性强：可以在不同阶段使用不同的分析类型（如线性静态、非线性等）4）资源优化：节省计算时间和存储空间，特别适合大型复杂结构分析；5）迭代方便：可以针对不同局部区域分别进行优化设计3.6

实例：销连接-子模型分析3.6.1子模型分析基础知识子模型法的数学原理：子模型法基于圣维南原理（Saint-Venant'sPrinciple），该原理指出：在远离载荷作用区域的部位，应力分布仅与合力和合力矩有关，而与载荷的具体分布形式无关。其数值实现依赖于以下核心方程：1.位移传递方程2.局部细化方程3.方法优势的力学解释4. 适用性判定准则满足以下条件时建议采用子模型法：1） 全局分析已识别出应力梯度>15%的区域。2） 关注区域尺寸<结构总尺寸的1/5。3） 边界过渡区宽度≥3倍特征尺寸。3.6

实例：销连接-子模型分析3.6.2分析流程1. 创建整体模型首先建立完整的装配体或零件模型，并对模型整体进行有限元分析。（1）整体模型分析：1）定义材料属性。2）施加边界条件和载荷。3）使用较粗的网格划分。4）运行初步分析。（2）确定关键区域2. 创建子模型对需要详细研究的区域，提取关键区域几何结构，创建独立的子模型研究。（1）传递边界条件（2）细化子模型1）运行子模型分析，求解局部区域的详细应力应变分布规律。2）结果对比与验证，确保子模型结果与整体模型的一致性，即受力规律的一致性，保证分析结果趋势相同。3.6

实例：销连接-子模型分析3.6.3具体操作步骤详解1.整体模型准备1） 在SOLIDWORKS中创建或打开待分析的装配体/零件，新建一个Simulation分析项目，选择适当的分析类型（通常为静态分析）。2）定义材料属性，确保与实际工况一致。3）施加约束和载荷，尽可能模拟真实工作条件。4）生成网格时使用“基于曲率的网格”或手动控制整体网格密度，网格的尺寸可以相对大些。5）运行分析并检查整体应力、位移分布情况。2. 子模型创建子模型的创建有多种形式，以下是创建的几个方式：1）在整体模型中，使用“另存为”功能创建子模型几何。2）对于零件：使用“配置”或“派生零件”功能。3）对于装配体：使用“另存为零件”或创建简化配置。4）将单个零件通过“分析准备”项目的“分割”工具进行切割，形成多个几何实体，然后运行仿真模块中的“新算例”中的“子模型”建立子模型。在整个子模型的创建过程中，应确保子模型与整体模型的坐标系一致。3.6

实例：销连接-子模型分析3.6.3具体操作步骤详解(1)边界条件传递(2) 子模型网格划分(3) 分析与结果验证3. 分析过程中的注意事项1） 边界一致性，子模型与整体模型的坐标系需对齐，避免插值错误。2） 子模型范围，建议扩展至关注区域的1.5倍范围，减少截断误差。3） 结果验证，对比子模型与整体模型在交界处的应力/位移，确保一致性。4） 网格过渡，细化区域与粗网格间需平滑过渡，避免突变导致数值不稳定。5） 子模型在分析单个实体时候，效率并不明显，在分析多结构的装配体时，效率明显。6） 父模型不能为二维简化模型。7） 子模型组件从父模型组件连接位置，不能有接触的交互边界条件、也不能有共享的连接约束如接头、螺栓、销等。8） 不可用于纯横梁-横梁结合交互。3.6

实例：销连接-子模型分析3.6.4项目描述销连接模型如图3