SOLIDWORKS Simulation工程实例详解——静力、疲劳、优化

序

前　言

1.1　力学建模的基本概念1

1.2　有限元分析流程2

1.2.1　可行性方案制定3

1.2.2　数学模型假设6

1.2.3　数学模型的修正及迭代6

1.3　定性分析和定量分析6

1.3.1　错误和误差6

1.3.2　数值解和解析解7

1.3.3　定性分析和定量分析的区分7

1.3.4　误差来源8

1.4　有限元分析的价值8

1.5　仿真工程师的职责9

1.6　有限元分析技术的发展史以及 SOLIDWORKS Simulation介绍9

1.6.1　有限元理论的发展史9

1.6.2　有限元分析软件的发展史10

1.6.3　 SOLIDWORKS Simulation及设计仿真一体化12

2.1　学习前的准备工作16

2.1.1　模型下载16

2.1.2　插件激活17

2.1.3　SOLIDWORKS Simulation的设置18

2.2　零件静应力分析的基本操作22

2.2.1　分析案例：吊具 22

2.2.2　分析操作流程说明22

2.2.3　案例操作22

2.2.4　后处理29

2.3　材料力学的相关概念及结果解读32

2.3.1　分析案例：传动链支撑法兰32

2.3.2　案例操作32

2.3.3　材料力学的相关概念36

2.3.4　安全系数和屈服准则41

2.3.5　材料参数对计算结果的影响44

2.3.6　载荷对计算结果的影响47

2.4　小结与讨论49

3.1　有限单元法的离散化思想50

3.1.1　离散化数学思想50

3.1.2　割圆术51

3.1.3　有限元分析中的单元类型52

3.2　网格精度的判定及控制54

3.2.1　分析案例： T型推臂 54

3.2.2　案例操作54

3.2.3　网格无关性检查59

3.2.4　应力集中60

3.2.5　局部网格控制62

3.2.6　位移结果和网格密度的关系66

3.3　应力奇异 66

3.3.1　分析案例： T型支架66

3.3.2　案例操作67

3.3.3　应力奇异的三种常见情况 70

3.3.4　网格品质检查75

3.4　网格划分报错77

3.4.1　分析案例：踏板78

3.4.2　网格错误排查方法79

3.4.3　基于曲率的网格83

3.5　自适应网格技术 84

3.5.1　自适应网格技术介绍84

3.5.2　分析案例： T型推臂自适应分析 84

3.5.3　自适应网格技术的局限性 87

3.6　小结与讨论：关于结构仿真中四面体单元和六面体单元的讨论 87

4.1　接触和接头形式介绍 90

4.2　复杂装配体分析92

4.2.1　分析案例：电机支架 92

4.2.2　分析思路整理 92

4.2.3　案例操作93

4.2.4　后处理103

4.2.5　位移结果的网格无关性检查107

4.3　螺栓简化 108

4.3.1　螺栓接头的数学模型 108

4.3.2　紧密配合的设置 110

4.3.3　实体螺栓的简化方法111

4.3.4　地脚螺栓的简化方式—固定 114

4.3.5　虚拟壁和地脚螺栓的应用 116

4.3.6　预紧力设置 118

4.3.7　案例思路总结 120

4.4　静应力分析 120

4.4.1　“静”的概念120

4.4.2　分析案例：三点弯实验121

4.4.3　刚体运动 126

4.4.4　微小力的处理方法 127

4.4.5　零件之间的间隙及穿透问题 131

4.5　实体焊接 134

4.5.1　分析案例：焊接立柱134

4.5.2　全局接触136

4.5.3　兼容网格和不兼容网格 137

4.5.4　接触优先级问题 140

4.6　小结与讨论：复杂装配体分析思路梳理 141

5.1　均布载荷问题 42

5.1.1　分析案例：工作台载荷简化142

5.1.2　模型简化方案 146

5.2　圣维南原理 152

5.2.1　一般对称问题 152

5.2.2　分析案例：轮毂153

5.2.3　圣维南原理介绍 161

5.3　赫兹接触和平面问题 162

5.3.1　赫兹接触 162

5.3.2　分析案例：圆柱体挤压 163

5.3.3　平面问题164

5.3.4　结果统计及案例小结 167

5.4　弹簧计算及子模型 168

5.4.1　分析案例：拉伸弹簧 168

5.4.2　结构非线性 171

5.4.3　子模型174

5.4.4　不确定因素的处理177

5.5　大转动177

5.6　小结与讨论：解算器及其性能测试 179

6.1　杆梁、壳及实体单元 181

6.1.1　分析案例：简支梁181

6.1.2　壳单元 184

6.1.3　杆梁单元189

6.2　约束和自由度194

6.2.1　自由度的概念194

6.2.2　壳单元及杆梁单元的约束形式 196

6.2.3　简支梁的实体单元约束形式200

6.3　远程位移的应用202

6.4　混合单元分析问题207

6.4.1　分析案例：控制柜 207

6.4.2　三向重力检查法213

6.4.3　壳单元和梁单元应力结果的说明 216

6.5　小结与讨论：有限元分析结果的验证 217

7.1　金属疲劳失效理论 218

7.1.1　金属疲劳发展简史 218

7.1.2　金属疲劳的基本知识 219

7.1.3　SOLIDWORKS Simulation疲劳模块220

7.2　周期性疲劳事件220

7.2.1　分析案例：弹簧周期性疲劳事件 221

7.2.2　S-N曲线225

7.2.3　疲劳结果说明 228

7.2.4　疲劳分析的“悖论” 232

7.2.5　周期载荷组合工况234

7.3　非周期载荷疲劳235

7.3.1　雨流计数法235

7.3.2　分析案例：弹簧非周期变幅载荷疲劳 236

7.3.3　平均应力修正对计算结果的影响 239

7.4　装配体疲劳分析241

7.4.1　分析案例：三点弯实验 241

7.4.2　疲劳仿真的企业现实问题 243

7.5　小结与讨论：雨流计数法和雨流计数箱的工作原理 243

8.1　优化设计介绍 246

8.2　尺寸优化 247

8.2.1　SOLIDWORKS的参数化建模 248

8.2.2　分析案例：绞龙 249

8.2.3　分析案例：绞龙优化256

8.2.4　响应曲面设计法 263

8.3　拓扑优化264

8.3.1　分析案例：带孔板拓扑优化 265

8.3.2　案例操作265

8.4　小结与讨论：设计仿真一体化 271