【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大學(xué)、上海教育局等也在應(yīng)用SolidWorks進(jìn)行教學(xué)。. 2 Solidworks軟件特點(diǎn)Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。對(duì)于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來(lái)搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。在目前市場(chǎng)上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計(jì)過程比較簡(jiǎn)便而方便的軟件之一。美國(guó)著名咨詢公司Daratech所評(píng)論：“在基于Windows平臺(tái)的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者?！?在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。SolidWorks 提供了無(wú)與倫比的、基于特征的實(shí)體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。通過對(duì)特征和草圖的動(dòng)態(tài)修改，用拖拽的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)修改。三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或?yàn)楣艿馈㈦娎|、線和管線生成路徑?！⊥ㄟ^帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動(dòng)可控制的相切操作產(chǎn)生復(fù)雜的曲面?？梢灾庇^地對(duì)曲面進(jìn)行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作?！　olidWorks 提供了頂尖的、全相關(guān)的鈑金設(shè)計(jì)能力?？梢灾苯邮褂酶鞣N類型的法蘭、薄片等特征，正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作變得非常容易。　用戶化SolidWorks 的API為用戶提供了自由的、開放的、功能完整的開發(fā)工具?！　￠_發(fā)工具包括Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C++，以及其他支持OLE的開發(fā)程序。配置管理　　配置管理是SolidWorks軟件體系結(jié)構(gòu)中非常獨(dú)特的一部分，它涉及到零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖。配置管理使得你能夠在一個(gè)CAD文檔中，通過對(duì)不同參數(shù)的變換和組合，派生出不同的零件或裝配體。協(xié)同工作SolidWorks 提供了技術(shù)先進(jìn)的工具，使得你通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同工作?！　⊥ㄟ^eDrawings方便地共享CAD文件。eDrawings是一種極度壓縮的、可通過電子郵件發(fā)送的、自行解壓和瀏覽的特殊文件?！　⊥ㄟ^三維托管網(wǎng)站展示生動(dòng)的實(shí)體模型。三維托管網(wǎng)站是SolidWorks提供的一種服務(wù)，你可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，快速地查看產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。　　SolidWorks 支持Web目錄，使得你將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存放在互聯(lián)網(wǎng)的文件夾中，就象存本地硬盤一樣方便?！　∮?D Meeting通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地協(xié)同工作。3D Meeting是基于微軟 NetMeeting的技術(shù)而開發(fā)的專門為SolidWorks設(shè)計(jì)人員提供的協(xié)同工作環(huán)境。裝配設(shè)計(jì)在SolidWorks 中，當(dāng)生成新零件時(shí)，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關(guān)系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設(shè)計(jì)和修改零部件。對(duì)于超過一萬(wàn)個(gè)零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高?！　olidWorks 可以動(dòng)態(tài)地查看裝配體的所有運(yùn)動(dòng)，并且可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢查和間隙檢測(cè)。　　用智能零件技術(shù)自動(dòng)完成重復(fù)設(shè)計(jì)。智能零件技術(shù)是一種嶄新的技術(shù)，用來(lái)完成諸如將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的螺栓裝入螺孔中，而同時(shí)按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配?！　＄R像部件是SolidWorks 技術(shù)的巨大突破。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關(guān)系或與其他零件具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件）的新的零部件?！　olidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術(shù)，來(lái)加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術(shù)能夠自動(dòng)地捕捉并定義裝配關(guān)系。工程圖SolidWorks 提供了生成完整的、車間認(rèn)可的詳細(xì)工程圖的工具。工程圖是全相關(guān)的，當(dāng)你修改圖紙時(shí)，三維模型、各個(gè)視圖、裝配體都會(huì)自動(dòng)更新?！　娜S模型中自動(dòng)產(chǎn)生工程圖，包括視圖、尺寸和標(biāo)注?！　≡鰪?qiáng)了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件的圖層支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員?！　∈褂肦apidDraft技術(shù)，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進(jìn)行單獨(dú)操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝配體的全相關(guān)?！　∮媒惶嫖恢蔑@示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置，以便了解運(yùn)動(dòng)的順序。交替位置顯示視圖是專門為具有運(yùn)動(dòng)關(guān)系的裝配體而設(shè)計(jì)的獨(dú)特的工程圖功能。 鋼包的三維實(shí)體建模本課題只對(duì)鋼水對(duì)鋼包底面和側(cè)壁的液壓力進(jìn)行靜力分析，故為了做有限元分析更加簡(jiǎn)潔方便，對(duì)鋼包外壁形狀如吊環(huán)處進(jìn)行了簡(jiǎn)化。將其模擬成為一個(gè)桶盛水時(shí)的物理模型進(jìn)行分析。具體的操作簡(jiǎn)介如下：1. 確定鋼包的尺寸情況。其高為h=3113mm，孔直徑為2000mm。2. 首先建立一個(gè)圓柱，選擇成形特征為圓柱，選擇其直徑為3010mm，高度為503mm。再在其基礎(chǔ)上選擇圓臺(tái)命令，依次構(gòu)建剩余圓柱，一個(gè)桶形狀大致成形。選擇成形特征為孔，選擇上頂面為放置面，輸入尺寸值為直徑2000mm，深度3113mm。3. 選擇最底面處為基準(zhǔn)面，進(jìn)行草繪命令，畫出呈半拋物線形狀的封閉曲線，完成后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)命令，至此鋼包的底部建模完成。4. 移動(dòng)動(dòng)態(tài)wcs至側(cè)面適當(dāng)位置，繪制吊耳處形狀，局部細(xì)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)化。5. 繪圖完成后，由于可能存在人為誤差或尺寸偏差引起的多個(gè)實(shí)體的情況，故需采取適當(dāng)步驟查看。打開裝配導(dǎo)航器，選側(cè)模型選項(xiàng)，在下拉列表中可以查看所繪各個(gè)部分。 鋼包的三維實(shí)體模型 車架的三維實(shí)體建模為了保證全面準(zhǔn)確地反映鋼包運(yùn)輸臺(tái)車車架的應(yīng)力應(yīng)變情況，同時(shí)使有限元模型得到簡(jiǎn)化，確定了下面建模原則:1) 對(duì)于明顯不會(huì)影響車架本身整體強(qiáng)度、剛度的部位，如牽引鉤、銷孔、圓角等予以簡(jiǎn)化；2) 不考慮鋼板焊接應(yīng)力及焊縫型式的影響；本次分析的鋼包車車架為鋼架箱式結(jié)構(gòu)，其側(cè)梁和端梁焊成一體，成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。由于本次分析主要為車架結(jié)構(gòu)分析，在滿足分析要求的前提下，盡量使模型簡(jiǎn)化，以節(jié)省計(jì)算時(shí)間，所以在建立車架有限元模型時(shí)，忽略了一些小零件的作用，認(rèn)為全部載荷由車架承受。此外，由于整車的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)一些附屬結(jié)構(gòu)和工藝結(jié)構(gòu)根據(jù)具體情況進(jìn)行了以下簡(jiǎn)化:（1）略去承受載荷比較小，對(duì)結(jié)構(gòu)變形影響也比較小的部件，如頻敏變阻器，上蓋板角鋼，鋼包座限制鋼包支承軸左右移動(dòng)的部分板結(jié)構(gòu)，緩沖座等。（2）對(duì)部分部件進(jìn)行簡(jiǎn)化，如縱梁與橫梁連接處板結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，部分減速器支板等。建模過程簡(jiǎn)介如下：（1） 選擇成形特征為長(zhǎng)方體，由cad圖中尺寸可知尺寸為長(zhǎng)為7180mm，寬為5200mm，高為505mm。后續(xù)建模將在這一成形基礎(chǔ)上添加。（2） 選擇草繪命令，選擇長(zhǎng)方體側(cè)面為基準(zhǔn)面，作出車架底部分側(cè)面形狀的曲線，完成后選擇拉伸命令，選擇布爾運(yùn)算為求和，車架主體基本完成。（3） 選擇成形特征為腔體，在車架左右對(duì)稱處各挖一個(gè)長(zhǎng)為2660mm，寬為1280mm的深孔。（4） 選擇草繪命令，選擇上頂面為基準(zhǔn)面，繪制放置鋼包位置處的圖形曲線，完成后執(zhí)行拉伸求差運(yùn)算，即在中間處成一圓弧形孔。（5） 由于車架內(nèi)部為空心額，所以對(duì)整個(gè)實(shí)體選擇特征操作抽殼，選擇厚度為18mm。（6） 通過鏡像特征等操作，給實(shí)體各面間添加肋板，建模完成后，同樣，打開裝配導(dǎo)航器，點(diǎn)擊模型，查看是否為一個(gè)完整實(shí)體。， 車架三維實(shí)體圖 車架線框圖 車架三維實(shí)體圖由于在進(jìn)行車架有限元分析的時(shí)候，車架的鋼板厚度只有18mm，這樣劃分網(wǎng)格的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)尺寸比較小的面，導(dǎo)致無(wú)法選擇合適的單元類型?；蛘邔?dǎo)致劃分網(wǎng)格的時(shí)間相當(dāng)漫長(zhǎng)。另外，車架上下面均為一個(gè)完整面，而加的載荷又是屬于局部載荷，選擇約束的四個(gè)面也是底面的一部分。所以，應(yīng)對(duì)車架的模型進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。分析發(fā)現(xiàn)，只需在車架頂面和底面分別加上兩個(gè)局部體和四個(gè)局部體便可，在加載荷處，添加兩個(gè)長(zhǎng)方體，底面添加四個(gè)長(zhǎng)方體。這樣，不僅方便了后面的有限元分析，計(jì)算也不會(huì)產(chǎn)生太大偏差。第4章 鋼包車的有限元分析 有限元方法的基本步驟有限單元法的分析過程，概括起來(lái)可以分為以下六個(gè)步驟:結(jié)構(gòu)的離散化:結(jié)構(gòu)的離散化是有限元分析的第一步，它是有限單元法的基礎(chǔ)。所謂離散化過程簡(jiǎn)單地說就是將分析的結(jié)構(gòu)劃分成有限個(gè)單元體，并在單元體的指定點(diǎn)設(shè)置結(jié)點(diǎn)，把相鄰的單元體在結(jié)點(diǎn)處連結(jié)起來(lái)組成單元的集合體，以代替原來(lái)的結(jié)構(gòu)。單元?jiǎng)澐直仨氂行У乇平鼘?shí)際的連續(xù)體。根據(jù)需要經(jīng)常使用的典型單元有平面應(yīng)力單元、三維桿單元、三維梁?jiǎn)卧?、三維板殼單元、實(shí)體單元等，另外還有人們?yōu)榱颂幚韺?shí)際問題而建立的單元，如邊界單元、間隙元等。選擇位移模式:在有限單元法中，選擇結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量時(shí)稱為位移法。在結(jié)構(gòu)的離散化完成后，就可以對(duì)典型單元進(jìn)行特性分析。此時(shí)，為了能用結(jié)點(diǎn)位移表示單元的位移、應(yīng)變和應(yīng)力，在分析連續(xù)體問題時(shí)，必須對(duì)單元中位移的分布作出一定的假設(shè)，也就是假定位移是坐標(biāo)的某種簡(jiǎn)單函數(shù)，這種函數(shù)稱為模式或位移函數(shù)。位移函數(shù)的適當(dāng)選擇是有限單元法分析中的關(guān)鍵。在有限單元法應(yīng)用中，普遍地選擇多項(xiàng)式作為位移模式，其原因是因?yàn)槎囗?xiàng)式的數(shù)學(xué)計(jì)算比較方便，并且由于所有的光滑函數(shù)的局部都可以用多項(xiàng)式逼近，即所謂不完全的泰勒級(jí)數(shù)。至于多項(xiàng)式項(xiàng)數(shù)和階次的選擇則要考慮到單元的自由度和有關(guān)解的收斂性要求。一般說來(lái)，多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)應(yīng)等于單元的自由度數(shù)，它的階次應(yīng)包含常數(shù)項(xiàng)和線性項(xiàng)。根據(jù)所選擇的位移模式，就可以導(dǎo)出用結(jié)點(diǎn)位移表示的單元內(nèi)任尸點(diǎn)的位移關(guān)系式，其矩陣形式為:式中{f}為單元內(nèi)任一點(diǎn)的位移矩陣，為單元的結(jié)點(diǎn)位移列陣，{N〕稱為形函數(shù)矩陣，它的元素是位置坐標(biāo)函數(shù)。分析單元的力學(xué)特性:根據(jù)單元的材料性質(zhì)、形狀、尺寸、結(jié)點(diǎn)數(shù)目、位置及其含義等，找出單元結(jié)點(diǎn)力和結(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系式，這是單元分析中的關(guān)鍵一步。此時(shí)需要應(yīng)用彈性力學(xué)中的幾何方程和物理方程來(lái)建立力和位移的方程式，從而導(dǎo)出單元?jiǎng)偠染仃?，這是有限元法的基本步驟之一。計(jì)算等效結(jié)點(diǎn)力彈性體:經(jīng)過離散化之后，假定力是通過結(jié)點(diǎn)從一個(gè)單元傳遞到另一個(gè)單元，但是作為實(shí)際的連續(xù)體，力是從單元的公共邊界傳遞到另一個(gè)單元的，因而，這種作用在單元邊界上的表面力以及作用在單元上的體積力、集中力等都需要等效移置到結(jié)點(diǎn)上去，也就是用等效的結(jié)點(diǎn)力來(lái)代替所有作用在單元上的力。移置的方法是按照作用在單元上的力與等效結(jié)點(diǎn)力在任何虛位移上的虛功都相等的原則(即虛功等效)進(jìn)行的。 集合所有單元的剛度方程，建立整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程:這個(gè)集合過程包括有兩方面的內(nèi)容:一是由各個(gè)單元的剛度矩陣集合成整個(gè)物件的整體剛度矩陣。二是將作用于各單元的等效結(jié)點(diǎn)力列陣集合成總的載荷列陣。利用結(jié)構(gòu)力的平衡條件和邊界條件把各個(gè)單元按原來(lái)的結(jié)構(gòu)重新聯(lián)接起來(lái)，形成整體的有限元方程式中，{P}是載荷向量。[k]是整體結(jié)構(gòu)的剛度矩陣。{δ}是結(jié)點(diǎn)位移列陣。這些方程還應(yīng)在考慮了幾何邊界條件，做適當(dāng)?shù)男薷闹?，才能夠求解出所有的未知結(jié)點(diǎn)位移。求解未知結(jié)點(diǎn)位移和計(jì)算單元應(yīng)力由集合起來(lái)的平衡方程組，解出未知位移，根據(jù)位移函數(shù)，由彈性力學(xué)中給出的應(yīng)變和位移關(guān)系，可計(jì)算出應(yīng)變?yōu)?式中，{ε}為應(yīng)力向量。[B]為應(yīng)變矩陣。為單元結(jié)點(diǎn)位移向量。則應(yīng)力為：式中，{σ}為應(yīng)力向量，〔D]為彈性矩陣。 ANSYS有限元分析軟件簡(jiǎn)介 簡(jiǎn)介ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAD工具之一。 軟件功能簡(jiǎn)介 功能簡(jiǎn)介軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。，其微機(jī)版本要求的操作系統(tǒng)為Windows 95/98或Windows NT,也可運(yùn)行于UNIX系統(tǒng)下。微機(jī)版的基本硬件要求為：顯示分辨率為1024768，顯示內(nèi)存為2M以上，硬盤大于350M，推薦使用17英寸顯示器。啟動(dòng)ANSYS，進(jìn)入歡迎畫面以后，程序停留在開始平臺(tái)。從開始平臺(tái)（主菜單）可以進(jìn)入各處理模塊：PREP7（通用前處理模塊），SOLUTION（求解模塊），POST1（通用后處理模塊），POST26（時(shí)間歷程后處理模塊）。ANSYS用戶手冊(cè)的全部?jī)?nèi)容都可以聯(lián)機(jī)查閱。用戶