【正文】 （4）施加載荷載荷反映了作用在模型上的力。（5）劃分網(wǎng)格模型被細分為有限個單元。（6）運行分析求解計算模型中的位移、應變和應力。（7）分析結果分析解釋計算所得數(shù)據(jù)。 SimulationXPress應力分析SolidWorks SimulationXpress 為 SolidWorks 用戶提供了一款初步的應力分析工具。通過在計算機上測試用戶的設計，SimulationXpress可幫助用戶減少昂貴費時的實地測試，降低成本及減少投入市場的時間。SimulationXpress 支持對單實體的分析；對于多實體零件，可一次分析一個實體；對于裝配體，可一次分析一個實體的物理模擬效應；不支持曲面實體。SimulationXpress 的向?qū)Ы缑鎸⒁龑в脩敉瓿煞治?，其中?yōu)化分析是可選項。圖66 “軸”模型本節(jié)以一個簡單的 “軸”模型為例說明使用SimulationXPress進行分析的基本操作，好讓用戶對通過SolidWorks進行有限元分析有一個初步的印象，模型如圖66所示。選擇菜單欄【工具】/【SimulationXPress】命令，向?qū)覵imulationXPress，界面如圖67所示。圖67 SimulationXPress向?qū)Ы缑娣治鲋?，可以設置單位系統(tǒng)和分析結果的保存位置。單擊【歡迎】選項卡中的【選項】，在【單位系統(tǒng)】中設置單位，在【結果位置】中鍵入文件夾位置或單擊以瀏覽至所要的文件夾，然后單擊【確定】。如有必要，選擇【在應力圖解中為最大和最小值顯示注解】復選項?！練g迎】選項卡上將會出現(xiàn)選中復選符號，如圖68所示。圖68 SimulationXPress選項設置l 應用材料可以在使用 SimulationXpress 時賦予材質(zhì)，也可以在建模時直接將材料指定給零件。如果SimulationXpress材料庫中沒有所需的材料，先退出 SimulationXpress，在SolidWorks中指定材料后重新開啟 SimulationXpress，【材質(zhì)】選項卡上將會出現(xiàn)選中復選符號，如圖69所示。圖69 應用材料l 添加約束在【約束】選項卡中定義固定約束。每個約束可以包含多個面，受約束的面在所有方向都受到約束。必須至少約束零件的一個面，以防由于剛性實體運動而導致分析失敗。在圖形區(qū)域中，單擊要約束的面，如圖610所示。單擊【下一步】，【約束】選項卡上將會出現(xiàn)選中復選符號，并出現(xiàn)夾具列表，可以單擊適當按鈕以添加、編輯或刪除夾具。 圖610 添加約束l 施加載荷在【載荷】選項卡中，可以選擇力或壓力載荷類型。以【力】為例，在圖形區(qū)域中，單擊需要加載荷的面，然后單擊【下一步】。有兩個單選項： 與每個所選面正交。在垂直于每個所選面的方向應用力。 與參考基準面正交。在垂直于所選的參考基準面方向應用力。如果選擇此選項，則必須在 FeatureManager 設計樹中選擇一個參考平面。所指定力的數(shù)值將應用至每個面。例如，如果選擇 3 個面并指定 50 N的力，程序總共會應用 150 N的力（每個面 50 N）。如需改變力的方向，勾選【反轉(zhuǎn)方向】，如圖611所示。單擊【下一步】，【載荷】選項卡上將會出現(xiàn)選中復選符號，列表框?qū)谐鏊x的力，可以單擊適當按鈕以添加，編輯或刪除力。圖611 施加載荷l 運行分析【分析】選項卡中有兩個單選項，如圖612所示。 是（推薦）。按默認網(wǎng)格設置（默認單元大小和公差值） 不，我想更改設定。按更改的網(wǎng)格設置。如果選擇更改默認設置，需輸入所需值或拖動滑塊調(diào)節(jié)。默認公差為指定單元大小的 5%，然后單擊【下一步】。在新的界面上單擊【運行】，開始進行應力分析，分析完成后向?qū)ё詣忧袚Q到【結果】選項卡，如圖613所示。圖612 【分析】選項卡圖613 【結果】選項卡l 優(yōu)化零件完成了應力分析后，如有必要可以進行優(yōu)化分析。在【結果】選項卡中單擊【下一步】，在詢問框中選擇【是】，然后再單擊【下一步】。選擇優(yōu)化準則，輸入目標值，如圖614所示，單擊【下一步】。圖614 選擇優(yōu)化準則選擇想優(yōu)化的尺寸（設計變量）并鍵入下界值（尺寸可允許的最小值）和上界值（尺寸所允許的最大值），如圖615所示。優(yōu)化過程中可能會彈出窗口，警告違背了指定的約束，結果會偏離指定的值。當優(yōu)化完成時，【優(yōu)化】選項卡上將會出現(xiàn)選中復選符號。通過單擊【設定】可以在初始設計和最終設計中切換，以觀察比較優(yōu)化前后的模型，單擊【動畫】中的【播放】可以動態(tài)的顯示優(yōu)化過程，如圖616所示。圖615 選擇設計變量圖616 完成優(yōu)化l 查看結果完成應力分析（或優(yōu)化分析）后，可以單擊【結果】選項卡查看結果?！窘Y果】選項卡上的選中符號表示結果存在，并且可以查看當前的材料、夾具及載荷。當現(xiàn)有結果不屬于當前材料、夾具或載荷時，SimulationXpress 窗口左下角會出現(xiàn)【更新】按鈕。單擊即會重新分析模型并計算新結果?？梢栽趫D617所示的界面中選擇一種圖解類型，單擊【下一步】，圖形顯示區(qū)即會顯示相應的圖解，如圖618所示。同時在新界面中，可以選擇播放或保存動畫，如圖619所示。也可以生成HTML報告或eDrawings文件。圖617 選擇結果類型圖618 應力圖解圖619 動畫操作從操作過程可以看出，SimulationXpress操作簡單，能進行初步的應力分析，但功能有限，使用中有局限性。SolidWorks Simulation可提供更多的高級分析功能，在下面的分析中，將使用Simulation作為分析工具。 Simulation結構有限元分析 軸靜態(tài)分析本節(jié)同樣以“軸”模型為例，來詳細說明使用Simulation進行零件靜態(tài)分析的基本操作，模型如圖66所示。由于細長軸上有一個通孔，因此用力學的知識求解將會非常復雜，而使用Simulation有限元分析求解則相當容易。完成本節(jié)的內(nèi)容后，用戶可以進一步探索Simulation的其他功能。1. 建立算例 算例是由一系列參數(shù)定義的，這些參數(shù)完整的表述了物理問題的有限元分析。當對一個零件或裝配體進行分析時，想得到它在不同工作條件下的反應就要求運行不同類型的分析。一個算例的完整定義包括以下幾方面：分析類型、材料、負荷、約束、網(wǎng)格。在SolidWorks中打開已有的 “軸”模型，如圖66所示。新算例可以由以下兩種方法創(chuàng)建：l 直接創(chuàng)建一個新的算例單擊常用Simulation工具欄上【算例】下拉菜單中的【新算例】按鈕，系統(tǒng)彈出【算例】屬性管理器，在【名稱】輸入框中自動生成“算例1”名稱，采用默認的名稱。在【類型】選項下單擊【靜態(tài)】按鈕，然后單擊【確定】按鈕完成新算例的創(chuàng)建，如圖620所示。當定義了一個算例，SolidWorks Simulation會自動創(chuàng)建一個算例文件夾和幾個圖標以及【算例1】標簽頁。這幾個圖標其實是文件夾的形式，如圖621所示?！緦嶓w】文件夾用來定義和指定材料屬性，【夾具】文件夾用來定義約束，【網(wǎng)格】文件夾用來劃分有限元網(wǎng)格。分析完成以后，還會創(chuàng)建【結果】文件夾和【報告】文件夾。 圖620 【算例】屬性管理器 圖621 Simulation Study樹l 復制已有算例右擊想要復制的算例標簽頁，在快捷菜單中選擇復制。此時，系統(tǒng)彈出【定義算例名稱】對話框，將算例重命名并選擇所需的配置，如圖622所示，單擊【確定】完成新算例的創(chuàng)建。這種方法在本質(zhì)上是復制一個完全相同的算例并粘貼到一個空白算例中。圖622 【定義算例名稱】對話框當在【算例1】及其下的幾個文件夾圖標上右擊時，均有【復制】命令，這說明不僅可以復制算例，而且可以從已有的算例中復制材料、夾具、外部載荷等。這要比在新算例中重新定義方便的多，也可以直接將欲復制的參數(shù)用鼠標拖動到新算例的標簽頁中。2. 應用材料在運行一個算例前，必需先定義模型的材料屬性。在 Simulation 中定義材料不會更新已在 SolidWorks 中為 CAD 模型分配的材料。在裝配體中，每一個零件可以指定不同的材料。單擊常用Simulation工具欄中【應用材料】按鈕，或在左側(cè)Simulation Study樹中算例1下的“軸”上右擊鼠標，在彈出的快捷菜單中選擇【應用/編輯材料】命令，如圖623所示。系統(tǒng)彈出【材料】對話框，如圖624所示。有三種方法選擇材料來源： 使用SolidWorks材質(zhì)：Simulation將使用在 SolidWorks 中分配給零件的材料。 自定義：允許手工輸入材料屬性。 自庫文件：庫文件可以來自Simulation materials或自定義的材料庫。圖623 選擇【應用/編輯材料】命令圖624 【材料】對話框庫文件包含了非常豐富的材料，一般情況下，可以在庫文件中找到所需的材質(zhì)。但如果材質(zhì)庫中沒有所需的材料，用戶可以自定義材質(zhì)。在選中【自定義】單選項的情況下，用戶可以在【材料】對話框的【屬性】選項下輸入所需的材料屬性值，或者先選中一種庫文件中的材料，然后編輯材料屬性值。輸入完成以后，單擊【保存】，系統(tǒng)彈出【另存為】對話框，如圖625所示。在【文件名】中輸入“國標鋼號”，默認文件格式為“*.sldmat”，單擊【保存】完成材質(zhì)定義。此時“國標鋼號”已經(jīng)出現(xiàn)在【自庫文件】下拉列表中，如圖626所示。需要注意的是，紅色的文字表示該屬性對于激活的算例類型和材料模型是必需的，藍色的文字表示該屬性是可選的。 圖625 【另存為】對話框 圖626 自定義的“國標鋼號”材質(zhì)由于SolidWorks和SolidWorks Simulation的材料庫已經(jīng)合并成一個數(shù)據(jù)庫，因此此處定義的材質(zhì)也可以在SolidWorks中使用。此外，通過【工具】/【選項】/【系統(tǒng)選項】/【文件位置】命令，在【顯示下項的文件夾】中選擇【材質(zhì)數(shù)據(jù)庫】，可以看到剛剛保存材質(zhì)的文件夾出現(xiàn)在【文件夾】顯示欄中，如圖627所示。圖627 自動添加材質(zhì)文件夾在本例中，將采用自定義的材質(zhì)“45”鋼。定義材料之后， Simulation Study樹中零件名稱“軸”上標上了復選標記，表示已經(jīng)對零件應用了材料，如圖628所示。圖628 Simulation Study樹3. 添加約束為了完成一個靜態(tài)分析，模型必須被正確地約束。Simulation提供了各種夾具來約束模型，一般而言，夾具可以應用到模型的面、邊、頂點。夾具和約束分為【標準】和【高級】兩類，【標準】中的約束為常用類型，其屬性如表61所示。表61 夾具類型夾具類型屬性固定幾何體所有的移動和轉(zhuǎn)動自由度均被限制。其邊界條件不需要給出沿某個具體方向的約束條件。滾柱/滑桿約束指定平面能更自由的在平面上移動，但不能在平面上進行垂直方向移動。平面在施加載荷下可能收縮或擴張。固定鉸鏈使用鉸鏈約束來指定只能繞軸運動的圓柱面。圓柱面的半徑和長度在載荷下保持常數(shù)。單擊常用Simulation工具欄中【夾具】下拉菜單中的【固定幾何體】，或在左側(cè)Simulation Study樹算例1下的【夾具】文件夾上右擊，在彈出的快捷菜單中選擇【固定幾何體】命令，如圖629所示。系統(tǒng)彈出【夾具】屬性管理器，在【夾具的面、邊線、頂點】選項中選擇軸的端面，單擊【確定】按鈕完成約束的添加,如圖630所示。在Simulation Study樹中，【夾具】文件夾下面出現(xiàn)“”圖標，表示已經(jīng)添加了約束，如圖631所示。圖629 選擇夾具類型圖630 【夾具】屬性管理器及圖形區(qū)顯示 圖631 Simulation Study樹圖 632 Simulation 的夾具符號當某個面添加了約束之后，就可以看到夾具符號出現(xiàn)在該面上。夾具符號分別用箭頭和圓盤表示各方向的移動和轉(zhuǎn)動自由度的限制。本例中選擇【固定幾何體】夾具類型，意味著所有的6個自由度，包括三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度都被限制了。如果使用【滾柱/滑桿】夾具類型，那么轉(zhuǎn)動自由度將不會受到限制，因而夾具符號只有箭頭，沒有圓盤，如圖632所示。4. 施加載荷：單擊常用Simulation工具欄中【外部載荷】下拉菜單中的【壓力】，或在左側(cè)Simulation Study樹中算例1下的【外部載荷】文件夾上右擊，在彈出的快捷菜單中選擇【壓力】命令，如圖633所示。系統(tǒng)彈出【壓力】屬性管理器，在【類型】選項下點選【使用參考幾何體】單選項，在【壓強的面】選擇軸的另一端面，在【方向的面、邊線、基準面、基準軸】選項中選擇上視基準面，并選擇【垂直于基準面】選項。在【壓強值】選項下輸入壓強值為2E+006N/m＾2,其他設置如圖634所示，單擊【確定】按鈕完成載荷的添加。在Simulation Study樹中，【外部載荷】文件夾下面出現(xiàn)“”圖標，如圖635所示。圖633 選擇【壓力】命令圖634 【壓力】屬性管理器及圖形區(qū)顯示圖635 Simulation Study樹5. 生成網(wǎng)格單擊常用Simulation工具欄中【運行】下拉菜單中的【生成網(wǎng)格】按鈕，或在左側(cè)Simulation Study樹中算例1下的【網(wǎng)格】文件夾上右擊，在彈出的快捷菜單中選擇【生成網(wǎng)格】命令，如圖636所示，