【正文】 必須被正確地約束。輸入完成以后，單擊【保存】，系統(tǒng)彈出【另存為】對(duì)話框，如圖625所示。 使用SolidWorks材質(zhì)：Simulation將使用在 SolidWorks 中分配給零件的材料。圖622 【定義算例名稱】對(duì)話框當(dāng)在【算例1】及其下的幾個(gè)文件夾圖標(biāo)上右擊時(shí)，均有【復(fù)制】命令，這說明不僅可以復(fù)制算例，而且可以從已有的算例中復(fù)制材料、夾具、外部載荷等。在【類型】選項(xiàng)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。 Simulation結(jié)構(gòu)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(xì)說明使用Simulation進(jìn)行零件靜態(tài)分析的基本操作，模型如圖66所示?！窘Y(jié)果】選項(xiàng)卡上的選中符號(hào)表示結(jié)果存在，并且可以查看當(dāng)前的材料、夾具及載荷。圖612 【分析】選項(xiàng)卡圖613 【結(jié)果】選項(xiàng)卡l 優(yōu)化零件完成了應(yīng)力分析后，如有必要可以進(jìn)行優(yōu)化分析。 與參考基準(zhǔn)面正交。在圖形區(qū)域中，單擊要約束的面，如圖610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】。（7）分析結(jié)果分析解釋計(jì)算所得數(shù)據(jù)。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。離散化在視覺上是將幾何模型劃分為網(wǎng)格。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)小于 表示此位置的材料已屈服，設(shè)計(jì)不安全。在大多數(shù)情況下，使用von Mises 應(yīng)力作為應(yīng)力度量。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。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)】。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： 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。2. SolidWorks Simulation能對(duì)零件和裝配體進(jìn)行靜力分析。2003年，SRAC與SolidWorks公司合并。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。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。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)軸承中的潤滑問題，焊接中殘余應(yīng)力及金屬成型中的變形分析等。COSMOSWorks的09版更名為SolidWorks Simulation。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。 減少因制造物理原型而造成的成本和時(shí)間延誤。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。 了解復(fù)合材料的特性。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。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)。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)。對(duì)網(wǎng)格的這種要求，有著極其重要的含義。 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。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。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。 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。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)。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。在垂直于所選的參考基準(zhǔn)面方向應(yīng)用力。 是（推薦）。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)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。由于細(xì)長軸上有一個(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。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。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。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。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)。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【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)。公差的默認(rèn)值為整體單元大小的5%。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。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。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。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。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。因此需要將變形放大，以便更好地了解零件的變形情況。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。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，在快捷菜單中選擇【動(dòng)畫】命令，系統(tǒng)彈出【動(dòng)畫】屬性管理器，如圖665所示。勾選【將模型加于變形形狀上】復(fù)選框時(shí)，未變形的模型與變形的形狀重疊，可以拖動(dòng)透明度滑桿控制顏色強(qiáng)度?？梢员４鏋镋xcel文件（）或TXT文件。8. 生成報(bào)告經(jīng)過結(jié)果分析后，可以將結(jié)果生成研究報(bào)告，以方便查閱、演示或存檔。當(dāng)分析一個(gè)裝配體時(shí)，我們必須了解組成裝配體的各個(gè)零部件之間是如何接觸的，這樣才能保證我們建立的數(shù)學(xué)模型能夠正確計(jì)算接觸時(shí)的應(yīng)力和變形。當(dāng)我們創(chuàng)建了一個(gè)裝配體的靜態(tài)分析算例時(shí)， Simulation設(shè)計(jì)樹中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)名為【連結(jié)】的文件夾，在這個(gè)文件夾中我們需要指定裝配體中的零部件之間是如何連接在一起的。如果兼容網(wǎng)格劃分選項(xiàng)失敗，則該選項(xiàng)保證網(wǎng)格劃分成功完成。l 接觸面組（局部接觸）局部接觸的定義方法：右擊【連結(jié)】文件夾，在彈出的快捷菜單中選擇【接觸面組】，系統(tǒng)彈出【接觸面組】屬性管理器，如圖675所示。冷縮配合程序在所選面之間創(chuàng)建冷縮配合條件?！皧A鉗”裝配體模型由四部分組成：兩個(gè)相同的鉗臂（夾鉗臂）、一個(gè)銷釘（銷）、和一塊被夾鉗夾住的平板（夾鉗平板），如圖676所示。如圖679所示。右擊【連結(jié)】圖標(biāo)在彈出的快捷菜單中選擇【全局接觸】，系統(tǒng)彈出【全局接觸】屬性管理器，在【接觸面】選項(xiàng)中選擇【無穿透】，如圖683所示。其中【所選實(shí)體】選項(xiàng)用于選定要進(jìn)行網(wǎng)格控制的對(duì)象；【網(wǎng)格密度】選項(xiàng)用于定義局部網(wǎng)格控制中單元的大?。弧颈嚷省繀?shù)用來定義連續(xù)過渡單元層單元大小的比率。采用默認(rèn)的單元大小，在【網(wǎng)格參數(shù)】選項(xiàng)下勾選【自動(dòng)過渡】，單擊【確定】按鈕完成操作，如圖687所示。我們的目的是知道裝配體是否存在超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度150Mpa的von Mises應(yīng)力。圖693 爆炸后的von Mises圖解（4）隱藏銷和其中一個(gè)鉗臂隱藏“銷”和“夾鉗臂（2）”，然后在【應(yīng)力1】圖標(biāo)上雙擊，顯示von Mises應(yīng)力圖解，如圖694所示。在【變形形狀】選項(xiàng)下選擇【真實(shí)比例】，該選項(xiàng)使圖解的變形形狀設(shè)置為1：1，單擊【確定】按鈕完成操作，“夾鉗”位移圖解如圖696所示。（2）編輯力的大小為4000N，這個(gè)值是按線性假設(shè)粗略估計(jì)出的任意值，它能保證兩個(gè)鉗臂接觸到一起。 【組１】：由有限元網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)或曲面來表示，可以是頂點(diǎn)、邊線或面。單擊【否】，以小型位移（線性方式）完成分析。在算例中，應(yīng)用【無穿透】的全局接觸來預(yù)防兩個(gè)鉗口的交錯(cuò)，在鉗臂末端應(yīng)用【無穿透】、【節(jié)到曲面】的局部接觸條件來防止兩鉗臂的接觸。目標(biāo)函數(shù)反映了用戶的要求，例如，重量輕、體積小、可靠性高、振動(dòng)小等。邊界約束用來限制設(shè)計(jì)變量的取值范圍，性能約束用來約束設(shè)計(jì)性能，如零件安全系數(shù)、最大應(yīng)力等。2. 創(chuàng)建優(yōu)化算例優(yōu)化算例要求生成至少一個(gè)初始算例。Simulation Study樹中沒有出現(xiàn)常規(guī)的文件夾如實(shí)體、連接、夾具等，這是因?yàn)閮?yōu)化分析將使用前面定義好的算例中包含的信息。在Simulation Study樹中【目標(biāo)】文件夾下面出現(xiàn)“”圖標(biāo)，如圖6104所示。單擊【確定】按鈕完成設(shè)計(jì)變量定義。單擊【確定】按鈕完成約束定義。 圖6112 優(yōu)化前后的模型對(duì)比通過比較可以發(fā)現(xiàn)，模型的幾何形狀發(fā)生了變化。這表明，預(yù)先要求得到了實(shí)現(xiàn)。此處選擇【目標(biāo)函數(shù)】，因?yàn)閮?yōu)化算例中只有一個(gè)目標(biāo)，所以只有一個(gè)圖解數(shù)據(jù)（質(zhì)量）可供選擇。在【設(shè)計(jì)變量】欄中選擇作為x軸顯示值的變量。至此，完成了對(duì)模型“軸”的優(yōu)化分析。本章主要介紹了使用Simulation進(jìn)行應(yīng)力分析和優(yōu)化分析，并用實(shí)例詳細(xì)說明了零件和裝配體的分析過程。在【Y軸】欄中可以選擇【目標(biāo)】或【約束】作為y軸顯示值的變量。圖表中共有5個(gè)點(diǎn)，這是因?yàn)閮?yōu)化過程在5步內(nèi)完成了質(zhì)量最小化的計(jì)算。右擊【結(jié)果】文件夾，在快捷菜單中選擇【定義設(shè)計(jì)周期結(jié)果】命令，系統(tǒng)彈出屬性管理器，如圖6116所示。在【結(jié)果】文件夾的【最終設(shè)計(jì)】圖解上右擊，在快捷菜單中選擇【細(xì)節(jié)】，系統(tǒng)彈出【設(shè)計(jì)周期結(jié)果細(xì)節(jié)】窗口，如圖6113所示。 圖6107 【約束】屬性管理器 圖6108 Simulation Study樹6. 運(yùn)行算例在運(yùn)行優(yōu)化分析之前，右擊【算例2】并選擇【屬性】命令，系統(tǒng)彈出【優(yōu)化】對(duì)話框。那么優(yōu)化設(shè)計(jì)就取決于臨界約束邊界。圖6106 Simulation Study樹5. 定義約束定義應(yīng)力、撓度、頻率等的合理變化范圍，最小值和最大值都可以被指定。在一個(gè)優(yōu)化算例中，最多可以選擇25個(gè)設(shè)計(jì)變量。在一個(gè)優(yōu)化算例中，只能設(shè)定一個(gè)目標(biāo)。所需的初始算例取決于選擇的目標(biāo)函數(shù)和約束，例如，旨在最小化體積或重量的目標(biāo)函數(shù)不需要特定類型的初始算例，而想要最小化頻率的目標(biāo)函數(shù)需要初始頻率算例。它可以快速檢測(cè)更改設(shè)計(jì)變量的效果，將達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)周期數(shù)減至最少。2. 設(shè)計(jì)變量設(shè)計(jì)變量是對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)有影響的，需要在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中優(yōu)化確定的設(shè)計(jì)參數(shù)。隨著市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，企業(yè)迫切希望提高產(chǎn)品的性能，減少原材料的消耗，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，使得工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍愈來愈廣，收到的效益也愈來愈顯著。圖699 von Mises圖解右擊【應(yīng)力1】圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇【圖表選項(xiàng)】，系統(tǒng)彈出【圖表選項(xiàng)】屬性管理器，選擇【定義】，將應(yīng)力顯示范圍設(shè)置為0到355MPa。 【組２】：組２的面（不允許有頂點(diǎn)或邊線）應(yīng)該比組１的幾何體更大更光滑。本例中使用兩個(gè)位于鉗臂內(nèi)的小分割面來定義接觸面組。二者最初的距離為15mm，因此使兩個(gè)鉗臂接觸到一起所需力的大小為：300（15247。這樣的應(yīng)力對(duì)于夾鉗的材料是可以承受的，45鋼的屈服期限為355MPa。（2） 更改圖解右擊【應(yīng)力1】圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇【圖表選項(xiàng)】，系統(tǒng)彈出【圖表選項(xiàng)】屬性管理器。 圖687 【網(wǎng)格】屬性管理器 圖688 網(wǎng)格劃分完成后的“夾鉗”模型在這里需要介紹一下【自動(dòng)過渡】選項(xiàng)。一旦定義了網(wǎng)格控制，【網(wǎng)格】圖標(biāo)就會(huì)變成文件夾的形式。圖684【力/扭矩】屬性管理器6. 劃分網(wǎng)格（1）網(wǎng)格控制由于裝配體中零件幾何尺寸差別很大，因此裝配體分析時(shí)需要對(duì)個(gè)別零部件使用網(wǎng)格