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1、SolidWorks 三维仿真分析（一 ）技术中心 周欢辉 2015年9月目录一、 SolidWorks 三维分析简介二、为什么要进行分析三、SolidWorks Simulation 工 程实例分析-轴的受力分 析四、练习一、 SolidWorks 三维分析简介SolidWorks三维分析就是运用SolidWorks Simulation插 件进行分析。 SolidWorks Simulation是一个与SolidWorks 完 全集成的设计分析系统。SolidWorks Simulation 提供了单一 屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分 析和优化分析。SolidWork
2、s Simulation 凭借着快速解算器的 强有力支持，使得我们能够使用计算机快速解决大型问题。二、为什么要进行分析 1、在我们完成了产品的建模工作之后，需要确保模 型能够在现场有效地发挥作用。如果缺乏分析工具，则只 能通过昂贵且耗时的产品开发周期来完成这一任务。2、一般产品开发周期通常包括以下步骤：建造建造建造产产产品模型品模型品模型生成生成生成设计设计设计 的原的原的原 型型型评评评估估估现场测试现场测试现场测试 的的的结结结果果果现场测试现场测试现场测试 原型原型原型根据根据根据现场测试现场测试现场测试 结结结果修改果修改果修改设计设计设计这一过程将一直继续、反复，直到获得满意的解决方
3、案为 止。3、分析可以帮助我们完成以下任务：1)在计算机上模拟模型的测试过程来代替昂贵的现场测试，从而降低费用;2)通过减少产品开发周期次数来缩短产品上市时间；3)快速测试许多概念和情形，然后做出最终决定。这样，我们就有更多的时间考虑新的设计，从而快速改进产品，减少 研发费用，降低产品成本。4) 根据得出的安全系数与实际情况，可调整材料牌号或减少零件材料，以 达到降低成本。三、SolidWorks Simulation 工程实例分析-轴的受力分析1、手工计算2、Simulation软件分析计算轴的受力分析有一根轴，直径D=50mm,支撑跨距L=1500mm, 受力3000N 如下图， 材料为4
4、5钢，弹性模量E=206GPa，屈服点s=355MPa，泊松比0.27，密度 7890Kg/m3。求最大挠度、危险截面应力并计算安全系数？手工计 算支反力： FN1 = 1000N，FN2 = 2000N最大弯矩： Mmax=aFN1=10001000=1000000Nmm最大挠度位置：惯性矩:扰度： 抗弯截面系数：最大应力（A点处）为：=Mmax/W=1000000/12271.8=81.49 MPa。A点处为单向应力状态：1 = 81.49 MPa，2 = 0，3 = 0等效应力：安全系数：S=s/=355/81.49= 4.36手工计算所需时间： 约15分钟Simulation软软件分析
5、计计算方法一：按实体单元计算1、建立模型2、创建算例算例类型为【静态】3、应用材料定义为45钢 注意：必须的材料属性包括( 弹性模量，泊松比，密度，屈服强度)。4、添加约束轴的左端用一个刚性轴承支撑，限制径向和轴向自由度。右 击【夹具】选择【轴承夹具】，指定轴左端的圆柱面，在刚度选项下选 择【刚性】，并选择【稳定轴旋转】右端用一个柔性轴承支撑，只限制径向自由度，而不限制轴向 自由度。右击【夹具】并选择【轴承夹具】，选择轴的右端圆柱面，在 刚度选项下选择【柔性】，径向刚度输入109N/m,轴向刚度输入0 N/m， 选中【稳定轴旋转】5、施加载荷右击【外部载荷】并选择【力】，选择轴上分割的半圆柱面
6、为受力 面，点击【选定的方向】，然后展开FeatureManager设计树选择【上视基准面 】，在力选项下单击【垂直于基准面】然后输入3000N，选中【反向】使力指 向实体。6、划分网格一般情况下默认网格参数即可，网格尺寸越小结果越精确，但计算 时间更长。右击【网格】图标并选择【生成网格】，单击确定。7、运行算例自动运行。8、分析结果 （1） 从Von Mises应力图解中可看出，最大 应力在力的作用截面上，大小82.84MPa，计 算值为81.49MPa，相对误差1.66%。（2） 从位移图中可看出，最大挠度为 2.878mm，计算值为2.871mm，相对误差为 0.24% 。Von Mis
7、es应力图解位移图解（挠度 ）最大挠度位置计算：位移图解右键选择【图表选项】，选择【选择最大注解】，确定，即 在轴上显示出最大挠度值。在位移图解继续右键，选择【探测】，并在轴上选取最大值点。即在 左边设计树【探测结果】中显示有该点坐标，对应的沿轴向的坐标值即为该点 与轴远端的距离，为834.5mm ，相对误差为2.2% （结果中所显示坐标值的含义与所建模型的初始基准面有关）（3） 右击【结果】文件夹选择【定义 安全系数图解】，单击确定得到安全系 数分布图，如图 所示。 最小安全系数为4.27，计算值为4.36，相对2.06%。Simulation 方法一计算所需时间：约4分钟方法二： 按横梁单
8、元计算Simulation中横梁的要求：长细比（横梁长/截面特征尺寸）大于10， 单段横梁的各截面应相等，对于不等截面横梁可分段视为横梁，建模时各 段成为单独实体。1、建立模型2、创建算例算例设置类型为【静态】，右击零件图标并选择【视为横梁】，出 现【结点组】，右击【结点组】，选择【编辑】，选中【所有】，单击【计 算】，在下面的结果框中出现两个接点，并同时显示在模型上，单击确定。3、应用材料定义材料为45钢4、添加约束A、右击【夹具】选择【固定几何体】， 在轴上选择左边【接榫】,选择【不可移动 (无平移）】夹具，限制左端点三个平移自 由度。B、右击【夹具】选择【固定几何体】， 在轴上选择右边【
9、接榫】,选择【使用参考 几何体】，选择轴的端面为参考面，选中 沿基准面方向1和2，确保其值0，即限制 沿基准面方向1和2的自由度，保留轴向自 由度。5、施加载荷右击【外部载荷】并选择【力】，选 择轴上的【点1】，选择上视面作为参考方向， 在力选项下激活【垂直于基准面】，并输入 3000N，选中【反向】使力指向实体。6、划分网格横梁类单元网格与一般的网格划分不 同，无须设置网格参数，直接生成横梁单元网 格。右击【网格】图标并选择【生成网格】，单 击【确定】。7、运行算例8、分析结果 （1）最高轴向和折弯应力：即最顶部/底部纤维处轴应力与折弯应力的和所形成 的最糟情形应力。从应力图中可看出，最大应
10、力出现在集中力作用的截面，大小 为81.487Mpa，计算值为81.49Mpa，相对误差为0.004%。（2）从位移图中可看出，最大挠度为2.876mm，计算值为2.871mm，相对误差 为0.17%。且其在轴上所处位置为距远端829mm。（计算方法与方法一相同。） 相对误差为1.53% 。（3）右击结果图标并选择【定义安全系数图解】，可得到安全系数分布图， 该图显示最小安全系数为4.36。应力分布图位移图解（挠度）安全系数分布图（4）右击【结果】文件夹并选择【定义横梁图表】可以得到剪力图和弯矩图。Simulation 方法二计算所需时间：约3分钟剪力图弯矩图注意：定义 时要选择正确的方向，需将实际模型的受力方向 与系统所定义的横梁坐标系中的方向相对应。横梁受力的坐标系：（1）使用横梁网格运行算例； （2）右击任一图解，然后选择【设定】； （3）在PropertyManager 中的选项下，选择【显示横梁方向】，单击 确定。图上即显示出正交坐标系。（其中坐标系的个数与横梁上接点的个数有关 ，每一段横梁即两个接点间即会有一个坐标系）其中，红色箭头、绿色箭头和蓝 色箭头分别表示横梁的正轴向、正方向1和正方向2。四、练习受力图有一外伸梁受力如图所示，横截面为100150mm的矩形，作出其弯矩图和剪力 图。力矩图弯矩图谢 谢
