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1、Solidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003长沙凯士达信息技术有限公司CAE工程师 谢莉1Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003概要 Simulation产品线及公司介绍 什麽是FEA? 历史背景 FEA在设计中的作用 有限元理论 定义 一般过程 强度理论2Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003
2、Simulation 产品线-面向所有用户的协同仿真Simulation 机械设计验证Flow Simulation 计算流体动力学Motion 运动仿真 3Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003SolidWorksSolidWorks Simulation Premium Simulation PremiumSolidWorksSolidWorks Simulation Professional Simulation ProfessionalSolidWorks 设计仿真产品
3、线静态分析静态分析模态模态/ /屈曲屈曲稳态稳态/ /瞬态瞬态 热分析热分析跌落测试跌落测试疲劳疲劳机构机构 运动学运动学/ /动力学动力学优化优化非线性非线性时间时间- -历程历程 瞬态响应瞬态响应SolidWorksSolidWorks Flow Flow SimulationSimulation随机振动随机振动压力容器压力容器 载荷工况合成载荷工况合成谐波响应谐波响应复合材料4Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003COSMOS更名SolidWorks Simulation
4、 产品线的新名称老名字新名字 COSMOSWorks Designer/MotionSolidWorks Simulation COSMOSWorks ProfessionalSolidWorks Simulation Professional COSMOSWorks Adv. Pro SolidWorks Simulation Premium COSMOSXpressSolidWorks SimulationXpress FlowXpressSolidWorks FlowXpress COSMOSFloWorksSolidWorks Flow Simulation COSMOSMotionS
5、olidWorks Motion5Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003Simulation 发展历程 1982 1985 1995 1997 SRAC 创立 COSMOS/M 第一款用 于 PC 的 FEA 软件 第一个 SolidWorks 合作伙伴 第一个 SolidWorks 黄金合作伙伴 发布 Simulation 2005 被 Dassault Systemes 收购 发布 COSMOS2007 2002 2004 2001 发布SW&Premium发布发布 Sim
6、ulationSimulation 2006200620052006COSMOSMotion 加入SW&Premium2007发布 COSMOS2008 2008更名为Simulation6Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003许多人并不需要 FEA当时间，费用，重量无需考虑时7Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003什么是 FEA?解析方法虽然简单但很难 满足许
7、多工程设计的需要FEA 将复杂的几何模型离散分解成许多简单的小块FEA: Finite Element AnalysisFEM: Finite Element MethodFEA/FEM 称为有限单元分析/方法8Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003 历史背景基于计算机的结构分析 在 1943, Richard Courant 建议将连续介质的物体划分为三角形的小块 1953年, 绗架结构分析在数字计算机上首次完成. 1960年, “有限单元法” 的名字由Ray Clough首
8、次提出 在70年代末80年代初，分析评估在微机和工作站上实现 花费少 容易组织 但过程麻烦:- 设计人员产生模型并把他们交给分析人员. - 分析人员导入分析模型,进行分析,并给出分析结果 - 根据分析结果更改设计等9Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003 历史背景基于计算机的结构分析 80年代中期进入PC时代: 分析的采用在一定程度上提高了效率 90年代中期进入Windows时代 花费低 设计人员已把分析作为设计中不可分割的一部分 更复杂和更大的装配体模型也可进行分析 CAD
9、和 FEA集成的改善 自动优化处理 更快的速度和精度 分析的未来: 更高效的工程部门 更安全的产品 更短的产品投放市场时间10Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003FEA 在工业中CAD 和 FEA 的结合使得在实际工作中使用 FEA方便简单在设计中使用FEA可以大大减少 (但不是替代) 物理样机和试验通过使用 FEA, 设计可以更优,减少重量体积并且 提高可靠性11Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorks
10、Training, January 2003FEA 在工业中FEA 并不只强调自己 FEA 要在设计中发挥作用离不开 物理样机的实验12Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003当有零部件破坏时物理实验 金相检查 各种仪器 (昂贵) 检测 重新设计重新试验 FEA 了解到各种工况数 据 看到失效形式 找到危险和没危险 的零部件我们试了又试但仍不知道它 为什麽会坏13Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTra
11、ining, January 2003把事情做好传统的方式 按比例试验 样机 重新设计重新试验FEA 了解各种参数影响 没有材料消耗 测试各种极端情况下和无法作试 验的结果 鉴别各种可能的趋势 优化处理14Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003有限元术语15Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003有限元网格 一个离散化的模型 代表实际三维物体 有限元模型由单元 和
12、节点构成 对单元位移有一个简化的假设形式 位移的连续性在节点处被保证16Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003单元/节点定义 应力应变在每个单元 中被计算 力和位移在每个节点 被计算 单元通过节点相互作 用 单元可分为两大类 连续介质(实体) 结构 (梁、壳)17Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003 有限单元 COMOSWorks用四面体实体单元划分实体几何体
13、，用三 角形壳单元划分几何面。 实体四面体单元一阶二阶18Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 200319Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003有限单元 壳单元一阶二阶20Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 200321Special Analysis To
14、picsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003有限单元横梁单元22Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003在FEA中使用直接位移法求解 位移被假设是未知的 每个节点有六个可能的位移自由度 (DOF), 即：ux, uy, uz, qx, qy, qz 根据单元类型不同，每个节点的自由度情况也不同 在2D中的连续单元仅有 ux 和 uy 在2D中的结构单元仅有 ux, uy,和qz 在3D中的连续单元仅有 ux
15、, uy和 uz 在3D中的结构单元有 所有六个自由度 所有存在的自由度都对应有相应的力和矩23Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003 实体单元各节点：3个自由度 壳单元各节点：6个自由度 梁单元各节点：6个自由度24Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003结构分析基础平衡方程 变形协调方程 应力应变关系（虎克定律）25Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003平衡方程 施加在一个单元上的外力之和为零26Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003变形协调方程单元节点位移和单元应变的关系 节点力和单元应力亦如此ei = B u27Special Analysis TopicsSolidworks CorporationCOSMOSWorksTraining, January 2003应力应变关系又称为物
