【正文】 項(xiàng)：在圖形區(qū)域中，單擊要約束的面，如圖610所示。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(xiàng)卡上將會(huì)出現(xiàn)選中復(fù)選符號(hào)，如圖69所示。單擊【歡迎】選項(xiàng)卡中的【選項(xiàng)】，在【單位系統(tǒng)】中設(shè)置單位，在【結(jié)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】。SimulationXpress 的向?qū)Ы缑鎸⒁龑?dǎo)用戶完成分析，其中優(yōu)化分析是可選項(xiàng)。（7）分析結(jié)果分析解釋計(jì)算所得數(shù)據(jù)。（3）添加約束模擬真實(shí)的模型裝夾方式，對(duì)模型添加夾具（約束）。簡(jiǎn)言之，有限元分析可分為三個(gè)階段：前處理、求解和后處理。有限元分析提供了非常詳細(xì)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用各種格式表達(dá)。離散化在視覺上是將幾何模型劃分為網(wǎng)格。通常情況下，對(duì)能夠進(jìn)行正確網(wǎng)格劃分的模型采取簡(jiǎn)化，是為了避免由于網(wǎng)格過多而導(dǎo)致分析過程太慢。這種修改可以采取特征消隱、理想化或清除等方法：對(duì)于小的概念，并不是指它的單元尺寸，而是表示網(wǎng)格中單元的數(shù)量。 某位置的安全系數(shù)大于 表示此位置的材料沒有屈服。 某位置的安全系數(shù)小于 表示此位置的材料已屈服，設(shè)計(jì)不安全。P3應(yīng)力通常用來評(píng)估壓應(yīng)力或接觸壓力。在大多數(shù)情況下，使用von Mises 應(yīng)力作為應(yīng)力度量。主平面的正應(yīng)力定義為主應(yīng)力。在SolidWorks Simulation中，稱一階單元為【草稿品質(zhì)】單元，二階單元為【高品質(zhì)】單元。以【圖解】設(shè)置為例，靜態(tài)分析之后，Simulation會(huì)自動(dòng)生成三個(gè)結(jié)果圖解：應(yīng)力位移1和應(yīng)變1。該對(duì)話框有兩個(gè)選項(xiàng)，即【系統(tǒng)選項(xiàng)】和【默認(rèn)選項(xiàng)】。菜單欄中即可顯示【Simulation】菜單，同時(shí)在常用工具欄中也會(huì)出現(xiàn)【Simulation】菜單，SolidWorks Simulation的界面如圖62所示。4. SolidWorks Simulation Premium除包含有Simulation Professional的全部功能外，還能進(jìn)行非線性和動(dòng)力學(xué)分析。使用Simulation Professional可以實(shí)現(xiàn)以下功能： 使用功能強(qiáng)大且直觀的可視化工具來解釋結(jié)果。 模擬真實(shí)運(yùn)行條件，以查看模型如何處理應(yīng)力、應(yīng)變和位移。 輕松快速地比較備選設(shè)計(jì)方案，從而選擇最佳方案。2. SolidWorks Simulation能對(duì)零件和裝配體進(jìn)行靜力分析。其基本模塊能夠提供廣泛的分析工具來檢驗(yàn)和分析復(fù)雜零件和裝配體，它能夠進(jìn)行應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、熱分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化、線性和非線性分析等。2003年，SRAC與SolidWorks公司合并。SRAC成立于1982年，是將有限元分析帶入微型電腦上的典范。凡是計(jì)算零部件的應(yīng)力、變形和進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算及穩(wěn)定性分析等都可用有限元法。它將求解域看成是由有限個(gè)稱為單元的互連子域組成，對(duì)每一個(gè)單元假定一個(gè)合適的近似解，然后推導(dǎo)出求解這個(gè)總域的滿足條件（如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。SolidWorks Simulation即是一款基于有限元（即FEA數(shù)值）技術(shù)的分析軟件，通過與SolidWorks的無縫集成，在工程實(shí)踐中發(fā)揮了愈來愈大的作用。Simulation有限元分析設(shè)計(jì)方案在制造業(yè)中，為了縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering,CAE），機(jī)械設(shè)計(jì)已逐漸實(shí)現(xiàn)了由靜態(tài)、線性分析向動(dòng)態(tài)、非線性分析的過渡，由經(jīng)驗(yàn)類比向最優(yōu)設(shè)計(jì)的過渡。 Simulation基礎(chǔ)知識(shí) 有限元法概述有限元法（Finite Element Method，F(xiàn)EM）是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計(jì)算方法，是一種求解關(guān)于場(chǎng)問題的一系列偏微分方程的數(shù)值方法。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問題被較簡(jiǎn)單的問題所代替。如進(jìn)行齒輪、軸、滾動(dòng)軸承及箱體的應(yīng)力、變形計(jì)算和動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算，分析滑動(dòng)軸承中的潤(rùn)滑問題，焊接中殘余應(yīng)力及金屬成型中的變形分析等。1995年，SRAC公司與SolidWorks公司合作開發(fā)了COSMOSWorks軟件，從而進(jìn)入工程界主流有限元分析軟件的市場(chǎng)，并成為SolidWorks公司的金牌產(chǎn)品之一。COSMOSWorks的09版更名為SolidWorks Simulation。Simulation有不同的軟件包以適應(yīng)不同用戶的需求。Simulation是專門為那些非設(shè)計(jì)驗(yàn)證領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的設(shè)計(jì)師和工程師量身定做的，該軟件可以在SolidWorks模型制造之前指明其運(yùn)行特性，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。 分析運(yùn)動(dòng)零件和接觸零件在裝配體內(nèi)的行為。 優(yōu)化模型以滿足預(yù)先指定的設(shè)計(jì)指標(biāo)。 減少因制造物理原型而造成的成本和時(shí)間延誤。 解決復(fù)雜的熱力模擬問題。它為經(jīng)驗(yàn)豐富的分析員提供了多種設(shè)計(jì)驗(yàn)證功能，以應(yīng)對(duì)棘手的工程問題，例如非線性分析等。 對(duì)非線性材料間的接觸進(jìn)行分析。 了解復(fù)合材料的特性。圖61 啟動(dòng)Simulation插件圖62 Simulation界面注意：如果只勾選了【Simulation】選項(xiàng)前面的方框，則當(dāng)重新啟動(dòng)SolidWorks時(shí)，需要按上面的步驟重新操作才能在菜單欄中顯示【Simulation】菜單；如果同時(shí)勾選了【SolidWorks Simulation】選項(xiàng)后面的方框，則Simulation會(huì)隨著SolidWorks一起啟動(dòng)，Simulation菜單會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)在菜單欄中。圖63 Simulation系統(tǒng)選項(xiàng)l 系統(tǒng)選項(xiàng)系統(tǒng)選項(xiàng)面向所有算例，包含出錯(cuò)信息、夾具符號(hào)、網(wǎng)格顏色、結(jié)果圖解、字體設(shè)置和默認(rèn)數(shù)據(jù)庫的存放位置等，如圖63所示。用戶可以通過【圖解】設(shè)置自動(dòng)生成哪些結(jié)果圖解及顯示格式，并且可以通過右擊算例結(jié)果項(xiàng)添加新圖解，如圖64所示。由于二階單元具有較好的繪圖能力和模擬能力，推薦用戶對(duì)最終結(jié)果和具有曲面幾何體的模型使用高品質(zhì)選項(xiàng)，并且Simulation默認(rèn)選擇即為高品質(zhì)。受力構(gòu)件內(nèi)任一點(diǎn)，均存在三個(gè)互相垂直的主平面。因?yàn)関on Mises 應(yīng)力可以很好地描述許多工程材料的結(jié)構(gòu)安全彈塑性性質(zhì)。圖65 主應(yīng)力圖解Simulation程序使用 von Mises 屈服準(zhǔn)則計(jì)算不同點(diǎn)處的安全系數(shù)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)?shù)刃?yīng)力達(dá)到材料的屈服力時(shí)，材料開始屈服。 Simulation有限元分析的一般步驟不管項(xiàng)目多復(fù)雜或應(yīng)用領(lǐng)域多廣，無論是結(jié)構(gòu)、熱傳導(dǎo)還是聲學(xué)分析，對(duì)于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運(yùn)算求解不同。對(duì)網(wǎng)格的這種要求，有著極其重要的含義。 特征消隱特征消隱指合并或消除分析中認(rèn)為不重要的幾何特征，如外倒角、圓邊、標(biāo)志等。 清除清除有時(shí)是必須的，因?yàn)榭蓜澐志W(wǎng)格的幾何模型必須滿足比實(shí)體建模更高的要求。修改幾何模型是為了簡(jiǎn)化網(wǎng)格從而縮短計(jì)算時(shí)間。然而，載荷和支撐在網(wǎng)格完成后也需要離散化，離散化的載荷和支撐將施加到有限元網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)上。對(duì)結(jié)果的正確解釋需要熟悉和理解各種假設(shè)、簡(jiǎn)化約定以及在前面三步中產(chǎn)生的誤差。前處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；求解是計(jì)算基本未知量；后處理則是采集處理分析結(jié)果，方便用戶提取信息，了解計(jì)算結(jié)果。（4）施加載荷載荷反映了作用在模型上的力。 SimulationXPress應(yīng)力分析SolidWorks SimulationXpress 為 SolidWorks 用戶提供了一款初步的應(yīng)力分析工具。圖66 “軸”模型本節(jié)以一個(gè)簡(jiǎn)單的 “軸”模型為例說明使用SimulationXPress進(jìn)行分析的基本操作，好讓用戶對(duì)通過SolidWorks進(jìn)行有限元分析有一個(gè)初步的印象，模型如圖66所示。如有必要，選擇【在應(yīng)力圖解中為最大和最小值顯示注解】復(fù)選項(xiàng)。圖69 應(yīng)用材料l 添加約束在【約束】選項(xiàng)卡中定義固定約束。單擊【下一步】，【約束】選項(xiàng)卡上將會(huì)出現(xiàn)選中復(fù)選符號(hào)，并出現(xiàn)夾具列表，可以單擊適當(dāng)按鈕以添加、編輯或刪除夾具。 與每個(gè)所選面正交。在垂直于所選的參考基準(zhǔn)面方向應(yīng)用力。如需改變力的方向，勾選【反轉(zhuǎn)方向】，如圖611所示。 是（推薦）。如果選擇更改默認(rèn)設(shè)置，需輸入所需值或拖動(dòng)滑塊調(diào)節(jié)。在【結(jié)果】選項(xiàng)卡中單擊【下一步】，在詢問框中選擇【是】，然后再單擊【下一步】。當(dāng)優(yōu)化完成時(shí)，【優(yōu)化】選項(xiàng)卡上將會(huì)出現(xiàn)選中復(fù)選符號(hào)。當(dāng)現(xiàn)有結(jié)果不屬于當(dāng)前材料、夾具或載荷時(shí)，SimulationXpress 窗口左下角會(huì)出現(xiàn)【更新】按鈕。也可以生成HTML報(bào)告或eDrawings文件。由于細(xì)長(zhǎng)軸上有一個(gè)通孔，因此用力學(xué)的知識(shí)求解將會(huì)非常復(fù)雜，而使用Simulation有限元分析求解則相當(dāng)容易。一個(gè)算例的完整定義包括以下幾方面：分析類型、材料、負(fù)荷、約束、網(wǎng)格。當(dāng)定義了一個(gè)算例，SolidWorks Simulation會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)算例文件夾和幾個(gè)圖標(biāo)以及【算例1】標(biāo)簽頁。 圖620 【算例】屬性管理器 圖621 Simulation Study樹l 復(fù)制已有算例右擊想要復(fù)制的算例標(biāo)簽頁，在快捷菜單中選擇復(fù)制。這要比在新算例中重新定義方便的多，也可以直接將欲復(fù)制的參數(shù)用鼠標(biāo)拖動(dòng)到新算例的標(biāo)簽頁中。單擊常用Simulation工具欄中【應(yīng)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(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇【應(yīng)用/編輯材料】命令，如圖623所示。圖623 選擇【應(yīng)用/編輯材料】命令圖624 【材料】對(duì)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)。在【文件名】中輸入“國標(biāo)鋼號(hào)”，默認(rèn)文件格式為“*.sldmat”，單擊【保存】完成材質(zhì)定義。此外，通過【工具】/【選項(xiàng)】/【系統(tǒng)選項(xiàng)】/【文件位置】命令，在【顯示下項(xiàng)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。Simulation提供了各種夾具來約束模型，一般而言，夾具可以應(yīng)用到模型的面、邊、頂點(diǎn)。滾柱/滑桿約束指定平面能更自由的在平面上移動(dòng)，但不能在平面上進(jìn)行垂直方向移動(dòng)。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。夾具符號(hào)分別用箭頭和圓盤表示各方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的限制。系統(tǒng)彈出【壓力】屬性管理器，在【類型】選項(xiàng)下點(diǎn)選【使用參考幾何體】單選項(xiàng)，在【壓強(qiáng)的面】選擇軸的另一端面，在【方向的面、邊線、基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸】選項(xiàng)中選擇上視基準(zhǔn)面，并選擇【垂直于基準(zhǔn)面】選項(xiàng)。 圖636 選擇【生成網(wǎng)格】命令 圖637 【網(wǎng)格】屬性管理器在【網(wǎng)格密度】選項(xiàng)下，可以拖動(dòng)滑桿調(diào)節(jié)網(wǎng)格大小，網(wǎng)格密度直接影響結(jié)果的精度。公差的默認(rèn)值為整體單元大小的5%。 圖638 【網(wǎng)格參數(shù)】選項(xiàng) 圖639 【高級(jí)】選項(xiàng)可以采用【高品質(zhì)】或【草稿品質(zhì)】的單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格。這里采用默認(rèn)的設(shè)置，單擊【確定】按鈕,系統(tǒng)彈出【網(wǎng)格進(jìn)展】窗口，如圖640所示。 圖642 Simulation Study樹 圖643 【網(wǎng)格細(xì)節(jié)】窗口6. 運(yùn)行算例當(dāng)完成應(yīng)用材料、添加約束、施加載荷、對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，就可以進(jìn)行分析了。圖646 Simulation Study樹默認(rèn)情況下，【結(jié)果】文件夾下有應(yīng)力、位移和應(yīng)變?nèi)齻€(gè)圖解顯示項(xiàng)，其圖解分別如圖64圖64圖649所示。操作步驟如下：在【結(jié)果】文件夾上右擊，在快捷菜單中選擇【定義安全系數(shù)圖解】命令，系統(tǒng)彈出【安全系數(shù)】屬性管理器，操作步驟如圖650所示。此處采用默認(rèn)的數(shù)值1，單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入第三步。 【安全系數(shù)以下的區(qū)域】：繪制低于指定的安全系數(shù)的區(qū)域，并以紅色顯示。圖653 Simulation Study樹通過列舉反作用力可以驗(yàn)證平衡條件及求解的正確性?？梢钥吹椒醋饔昧Υ笮?14N。S = 314N從而可知，平衡可以得到滿足，驗(yàn)證了平衡條件和求解的正確性。在快捷菜單中，列出了常用的分析工具，可以選擇不同命令，執(zhí)行不同的操作。圖659 單元應(yīng)力圖解可以看到，【波節(jié)值】（即為節(jié)點(diǎn)值）應(yīng)力圖解看上去很光滑，而【單元值】則比較粗糙。由于這些應(yīng)力值之間的大小差異相當(dāng)大，必須經(jīng)過充分放大才能看到全部的3個(gè)箭頭，如圖660所示，此處截取了小孔處的圖解。因此需要將變形放大，以便更好地了解零件的變形情況。 真實(shí)比例：顯示模型的實(shí)際變形形狀（）。l 編輯圖表選項(xiàng)在顯示應(yīng)力圖解的情況下，右擊，在快捷菜單中選擇【圖表選項(xiàng)】命令，系統(tǒng)彈出【圖表選項(xiàng)】屬性管理器，如圖661所示。在【位置/格式】中，可以自定義圖例的位置、寬度、數(shù)字格式和數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)位數(shù)。圖662顯示了基準(zhǔn)面方式的截面裁剪的結(jié)果，截面的個(gè)數(shù)會(huì)隨著選擇而不斷增加。圖662 【截面】屬性管理器及圖形區(qū)顯示l Iso剪裁在顯示應(yīng)力圖解的情況下，右擊，在快捷菜單中選擇【Iso剪裁】命令，系統(tǒng)彈出【Iso剪裁】屬性管理器，如圖663所示。圖664 介于兩個(gè)應(yīng)力值之間的應(yīng)力圖解l 動(dòng)畫在顯示應(yīng)力圖解的情況下，右擊，在快捷菜單