第6章 Simulation有限元分析
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SolidWorksSimulation有限元分析培训教程SolidWorks Simulation是一种用于进行有限元分析的软件工具,它可以帮助工程师们在设计阶段,预测和模拟产品性能。
这样可以帮助他们提前发现和解决可能存在的问题,更加准确地评估产品的稳定性和可靠性。
在进行SolidWorks Simulation有限元分析之前,首先需要创建CAD模型。
然后,可以使用SolidWorks Simulation中的各种分析工具来模拟和测试产品的行为。
有限元分析是一种通过将复杂的结构分解成许多小的有限元来近似解决方程的方法。
这些有限元是通过将结构分割成离散的区域来建立的,每个区域都可以用简单的数学模型来表示。
然后,通过求解这些模型,可以预测产品在不同载荷下的响应和变形。
在进行分析之前,首先需要定义边界条件和载荷。
边界条件包括固定支撑点、连接约束等;载荷包括力、压力、温度等。
这些条件和载荷的定义将直接影响分析结果。
完成边界条件和载荷的定义后,可以对模型进行网格划分。
网格划分的目的是将有限元分析中所需的离散节点与连续物体的实际形状和尺寸相匹配。
划分网格后,可以通过求解有限元方程组来得到产品在给定条件下的响应和变形。
除了分析结果之外,SolidWorks Simulation还可以提供其他有用的信息,如应力分布、位移图、动画等。
这些信息可以帮助工程师们更好地理解产品的行为,并做出正确的决策。
1. SolidWorks Simulation的基本概念和界面介绍。
包括如何打开SolidWorks Simulation,如何导入CAD模型,如何创建分析模型等。
2.分析前的准备工作。
包括如何定义边界条件和载荷,如何选择适当的分析类型,如何进行网格划分等。
3.分析过程的设置和求解。
包括如何设置参数,如何进行求解,如何查看分析结果等。
4.分析结果的解读和分析。
包括如何分析应力分布、位移图、动画等结果,如何识别问题和改进设计。
一.Solidworks Simulation中有四种单元类型:一阶实体四面体单元,二阶实体四面体单元,一阶三角形壳单元,一阶三角形壳单元,二.模型分析的关键步骤:1.创建算例:对模型的每次分析都是一个算例。
一个模型可包含多个算例。
2.应用材料:向模型添加包含物理信息(如屈服强度)的材料。
3.添加约束:模拟真实的模型装夹方式,对模型添加夹具(约束)。
4.施加载荷:载荷反映了作用在模型上的力。
5.划分网格:模型被细分为有限个单元。
6.运行分析:求解计算模型中的位移,应变和应力。
7.分析结果:解释分析的结果。
三.夹具类型及属性:标准夹具:1.固定几何体2.滚柱/滑杆3.固定铰链高级外部力:1.对称2.圆围对称3.使用参考几何体4.在平面上5.在圆柱子面上6.在球面上四.怎样装入Simulation:选择工具---插件命令,在弹出的插件对话框中的SolidworksPremium Add-ins插件栏中勾选Solidworks Simulation,并单击确定。
则会在命令管理器中显示Simulation管理器。
在插件对话框中还有Solidworks插件和其它插件两栏的命令可供选择。
五. Simulation(有限元分析)的操作步骤:打开一模型,单击Simulatio标签栏,1.单击新算例,在算例对话框中输入算例的名称(如深梁),并在类型中选择一种,点击确定;2.然后在模型树中选择名称(如深梁),单击应用材料命令,在弹出的材料对话框中选择一种材料,单击确定,对模型赋予材料;3.单击夹具顾问命令,在弹出的Simulation顾问对话框中单击添加夹具命令,在弹出的夹具对话框中的类型栏中的标准栏中单击固定几何体按钮,在符号设定下的符号大小中输入300,再选择一个面,也可以在高级栏中选择相应的命令,单击确定;4.再单击外部载荷顾问下拉列表中的压力命令,在弹出的压力对话框中类型栏中的类型中选择一个面,一般选择垂直于所选面选项,在压强值栏中选择压强的单位和压强值的大小,完成后单击确定;5.再单击运行下拉列表下的生成网格命令,在弹出的网格对话框中设置好后,单击确定;再单击运行按钮,系统自动运算完成,可以查看生成的几个结果。
|四川农业与农机/2023年5期|>>>在农业生产中旋耕机是一种非常重要的基础性设备,一方面能够在耕作田块的同时切断土壤表面的植被层并均匀混合于耕作层中,给后续植物栽培创造一个优良的栽培环境,另一方面在对田块耕整作业的同时能将化肥、农药等物质均匀混合在土壤中,一定程度上提高了农业生产效率[1]。
旋耕机的功耗大小和作业效果很大程度上取决于旋耕刀的结构形状和参数设置。
在传统设计中,通常会依靠经验加大安全系数来满足刀具强度要求,但盲目依靠经验加大安全系数设计出来的刀具结构笨重、尺寸较大,难以匹配旋耕机的微型化和自动化发展[2],因此,对旋耕刀进行有限元分析与优化显得尤为重要。
1旋耕刀的结构在我国使用最广泛的是弯刀旋耕刀,因此,本文以弯刀展开讨论研究。
弯刀旋耕刀由侧切刃、正切刃和刀柄三部分组成。
在实际工作中,离刀辊轴较近的刃口先切土,即先由侧切刃纵向切开土壤,然后逐渐转向远离回转中心,最后正切刃横向切开土块,达到耕整和平整田地的效果。
这样的耕作方式能够利用较坚硬的耕地与刀刃交叉将草茎类进行切断,进而提高耕整质量,同时难以切断的草茎类能够顺着刃口曲线自动向刀尖脱开,避免缠绕到旋耕刀上卡死旋耕机,从而进一步提高旋耕机的使用效率与稳定性[3]。
2旋耕刀模型建立和载荷确定2.1旋耕刀的三维实体建模以微耕机上最常见的245型旋耕刀进行三维实体建模,刀柄宽度300.00mm 、刀柄厚度10.00±0.53mm 、刀柄孔径φ12.50mm 、弯刀回转半径R 245.00mm 、幅宽50.00mm 、正切面弯折角120°、刃口厚度1.00~2.00mm ,利用SolidWorks 软件中的拉伸、剪切等特性命令,对旋耕刀进行三维实体造型[2],如图1所示。
2.2载荷确定旋耕刀在实际开展耕整作业时,刀具所受到的阻力与耕作土的理化性质、耕作深度、刀具旋转速度、机械运动速率等参数密切相关,影响因素繁多复杂。
Simulation有限元分析建模指南作者:刘军来源:《CAD/CAM与制造业信息化》2013年第04期在国家产业结构升级及自主创新的需求下,随着三维参数化设计软件的普及,有限元分析的市场需求越来越大。
Simulation是一款操作简单、易学易用并且与SolidWorks无缝集成的有限元分析软件,设计分析一体化的理念使分析的效率更高。
本文将重点介绍Simulation有限元建模的基本方法,为分析工程师提供参考。
有限元分析建模的基本原则是:在保证计算精度的前提下,尽量减少计算规模。
具体建模方法有:单元降维、细节简化、局部控制、替代简化、等效简化和对称结构等。
一、单元降维Simulation支持三种单元类型,分别是四面体实体单元、三角形壳单元和杆、梁单元,其中实体单元为三维单元,壳单元为二维单元,杆、梁单元为一维单元,如图1所示。
在分析过程中,通过分析合理降低模型中单元的维度,不仅能减少网格划分的难度和单元数量,还可以大大减少计算的规模。
产品的结构特点不同,选择的单元类型也不同,具体选择方法可以参考以下7种结构。
1.三维实体结构三维实体结构为3D模型,适用于所有结构,载荷可以是任意载荷。
模型的特点是三维实体,典型模型如图2所示。
2.平面应力结构平面应力结构问题解决的是薄板拉压问题,在Simulation中可以采用2D简化中的平面应力简化。
结构的几何条件是等厚度薄板,且截面尺寸是厚度尺寸的10倍以上。
载荷的条件是必须平行于板面,并且沿板厚方向均匀分布。
模型的特点是等厚度的薄板。
典型模型如图3所示。
3.平面应变结构平面应变结构解决的是薄板剪切问题,在Simulation中可以采用2D简化中的平面应变简化。
结构的几何条件是等截面长体,并且长度尺寸是截面尺寸的10倍以上。
载荷的条件是必须垂直于长度方向,并且沿长度方向均匀分布。
模型的特点是等截面长体。
典型模型如图4所示。
4.轴对称结构轴对称结构解决的是轴对称问题,在Simulation中可以采用2D简化中的轴对称简化。
可编辑修改精选全文完整版目录第六章 Simulation有限元分析 (2)6.1 Simulation基础知识 (2)6.1.1 有限元法概述 (2)6.1.2 Simulation概述 (2)6.1.3 Simulation使用指导 (4)6.1.4 Simulation有限元分析的一般步骤 (8)6.2 SimulationXPress应力分析 (10)6.3 Simulation结构有限元分析 (16)6.3.1 轴静态分析 (16)6.3.2 夹钳装配体静态分析 (36)6.4 Simulation优化分析 (50)6.4.1 优化设计概述 (50)6.4.2 优化设计基础知识 (51)6.4.3 轴的优化分析 (51)6.5 小结 (59)第六章 Simulation有限元分析在制造业中,为了缩短产品设计周期,提高产品质量,广泛采用计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE),机械设计已逐渐实现了由静态、线性分析向动态、非线性分析的过渡,由经验类比向最优设计的过渡。
CAE在产品开发研制中显示出了无与伦比的优越性,使其成为现代企业在日趋激烈的竞争中取胜的一个重要条件,因而越来越受到科技界和工程界的重视。
在CAE技术中,有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)是应用最为广泛、最为成功的一种数值分析方法。
SolidWorks Simulation即是一款基于有限元(即FEA数值)技术的分析软件,通过与SolidWorks的无缝集成,在工程实践中发挥了愈来愈大的作用。
6.1 Simulation基础知识6.1.1 有限元法概述有限元法(Finite Element Method,FEM)是随着计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法,是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法。
有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
一.Solidworks Simulation中有四种单元类型:一阶实体四面体单元,二阶实体四面体单元,一阶三角形壳单元,一阶三角形壳单元,二.模型分析的关键步骤:1.创建算例:对模型的每次分析都是一个算例。
一个模型可包含多个算例。
2.应用材料:向模型添加包含物理信息(如屈服强度)的材料。
3.添加约束:模拟真实的模型装夹方式,对模型添加夹具(约束)。
4.施加载荷:载荷反映了作用在模型上的力。
5.划分网格:模型被细分为有限个单元。
6.运行分析:求解计算模型中的位移,应变和应力。
7.分析结果:解释分析的结果。
三.夹具类型及属性:标准夹具:1.固定几何体2.滚柱/滑杆3.固定铰链高级外部力:1.对称2.圆围对称3.使用参考几何体4.在平面上5.在圆柱子面上6.在球面上四.怎样装入Simulation:选择工具---插件命令,在弹出的插件对话框中的SolidworksPremium Add-ins插件栏中勾选Solidworks Simulation,并单击确定。
则会在命令管理器中显示Simulation管理器。
在插件对话框中还有Solidworks插件和其它插件两栏的命令可供选择。
五. Simulation(有限元分析)的操作步骤:打开一模型,单击Simulatio标签栏,1.单击新算例,在算例对话框中输入算例的名称(如深梁),并在类型中选择一种,点击确定;2.然后在模型树中选择名称(如深梁),单击应用材料命令,在弹出的材料对话框中选择一种材料,单击确定,对模型赋予材料;3.单击夹具顾问命令,在弹出的Simulation顾问对话框中单击添加夹具命令,在弹出的夹具对话框中的类型栏中的标准栏中单击固定几何体按钮,在符号设定下的符号大小中输入300,再选择一个面,也可以在高级栏中选择相应的命令,单击确定;4.再单击外部载荷顾问下拉列表中的压力命令,在弹出的压力对话框中类型栏中的类型中选择一个面,一般选择垂直于所选面选项,在压强值栏中选择压强的单位和压强值的大小,完成后单击确定;5.再单击运行下拉列表下的生成网格命令,在弹出的网格对话框中设置好后,单击确定;再单击运行按钮,系统自动运算完成,可以查看生成的几个结果。
SolidWorks Simulation是一个与SolidWorks无缝集成的设计分析系统[1]。
SolidWorks Simulation提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析[2]、频率分析、屈曲分析、疲劳分析[3]和优化分析等。
SolidWorks Simulation应力分析通过应力云图直观展示分析结果,机械设计人员通常会习惯性地去看应力云图中的最大值[4],并与材料的屈服应力进行比对,以此判定机械结构设计是否满足要求。
1 应力奇异问题的出现通过SolidWorks建立一个无圆角L型支架的模型,进入Simulation界面新建算例,添加约束和载荷,划分网格,运行算例,得到结果。
要求约束和载荷不变,划分网格密度分3种,分别是4mm、2mm和1mm,分析运算后得到结果。
比较结果后,发现随着网格的加密,应力在增大(见图1),变形也在增大(见图2)。
通过表1的分析,发现随着网格加密,最大变形的增幅越来越小,且增幅保持在5%范围内。
因此,可以认为最大变形具有收敛性,将收敛于0.52mm。
但是,随着网格的加密,最大应力的增幅并未减小,且增幅没有保持在5%范围内。
因此,认为该分析结果的最大应力不具有收敛性。
随着网格的继续加密,最大应力可能会变得无穷大,而实际结构不会出现这种变形收敛而应力发散的现象。
这种情况是出现了应力奇异问题。
2 应力奇异问题的原因和判定应力奇异是指有限元分析中由于几何构造或载荷引起的弹性理论计算应力值无限大[5]。
导致应力结果发散的原因是有限元分析基于一个错误的数学模型,即根据弹性理论在尖角处的应力是无穷大的。
由于离散化误差,有限元分析并不会产生无穷大的应力结果,这一离散化的误差掩盖了数学模型的错误。
应力奇异处的应力值并不是人们想要的。
刘三勇 黄才英(湖南中南智能装备有限公司,长沙 410116)摘 要:利用SolidWorks Simulation进行应力分析,指出有限元分析中存在的应力奇异问题,提出利用应力热点诊断判定应力奇异问题,给出相应措施处理应力奇异问题,并分析应力奇异与应力集中的区别。