1、SW-Simulation基础教程,长沙凯士达信息技术开发有限公司 CAE工程师：谢莉,第一章 绪论,长沙凯士达信息技术开发有限公司 CAE工程师:谢莉,学习内容,SW-Simulation产品线 SW-Simulation公司介绍 有限元分析概述 有限元分析的步骤 有限元的相关知识 SW-Simulation基本包的使用限制（假设） 其他 学习方法,SW-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,SolidWorks 设计仿真产品线,SW-Simulation产品线,Sim
2、ulation是一个基于有限元分析技术（FEA）的设计分析软件。主要由以下软件包: Simulation Xpress:为SolidWorks内置部分，对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 Simulation :对零件和装配体的静态分析 Simulation Professional:对零件和装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化及疲劳分析、压力容器。 Simulation Premium: 非线性、随机振动、复合材料等。,COSMOS产品线以全线更名为SW-Simulation,SW-Simulation 发展历程,1982,1985,1995,1997,SRAC 创立
3、,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Simulation 2006,2005,2006,COSMOSMotion 加入SW&Premium,2007,发布COSMOS2008,2008,更名为Simulation,有限元分析概述,什么叫FEA 有限元发展史 FEA在设计中的作用 FEA分析的基本步骤,有限元分析概述,什么是
4、FEA? 解析方法虽然简单但很难满足许多工程设计的需要FEA: Finite Element Analysis FEM: Finite Element Method FEA/FEM 称为有限单元分析/方法FEA 将复杂的几何模型离散分解成许多简单的小块,有限元分析概述,什么是 FEA? 目前在工程技术发展领域内常用的数值模拟方法有： 有限单元法 边界法 离散单元法 有限差分法 有限元法(FEA)是其中应用最广泛的一种数值模拟方法。其基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的
5、满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。 有限元法，是把实际形状的模型用有限个有限单元的集合体来建立模型,有限元分析概述,有限元法的发展史 有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长；圆周率的 求法等。 有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。1941年A.Hrennikoff首次提出用构架方法求解弹性力学问题，当时称为离散元素法，仅限于杆系结构来构造离散模型。 1943年，纽约大学教授Richard Courant第一次尝试应用定义在三角形区
6、域上的分片连续函数和最小位能原理相结合，来求解St.Venant扭转问题。 50年代，美国波音公司首次采用三结点三角形单元，将矩阵位移法应用到平面问题上。,有限元分析概述,有限元法的发展史 20世纪60年代初，克拉夫（Clough）教授首次提出结构力学计算有限元概念。 我国著名力学家，教育家徐芝纶院士（河海大学教授）首次将有限元法引入我国 。他于1974年编著出版了我国第一部关于有限元法的专著弹性力学问题的有限单元法 有限元发展至今，其应用已由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题。分析的对象已从分析和校核发展到优化设计并和CAD技术相结合。
7、,有限元分析概述,FEA在设计中的作用 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,有限元分析概述,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,当有零部件破坏时,有限元分析概述,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
8、,把事情做好,FEA分析的基本步骤,有限元分析可分成三个阶段，前处理、求解和后处理。前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。,FEA分析的基本步骤,建立数学模型 对CAD几何模型进行修改以满足网格划分的要求（正确的、适度少的有限单元） 方法 特征消隐 理想化 清除 确定分析类型、材料属性、载荷、支撑和约束。,FEA分析的基本步骤,建立有限元模型 网格划分：通过离散化过程，将数学模型分成有限单元。 求解有限元模型 结果分析,FEA分析的基本步骤,有限元分析过程,有限元的相关知识,网格 有限单元 节点 自由度 强度理论,有限元的相关
9、知识,网格 我们把模型割成一块一块称为元素( ELEMENTS)的小几何体。对于每一个元素产生的方程式，都会被合并到整个实体的方程式系统中，接着使用矩阵代数学来解决这种方程式系统。,有限元的相关知识,网格 每一个单元都是一个简单的实体 单元连接在一起的地方称为节点,有限元的相关知识,有限单元 COMOSWorks用四面体实体单元划分实体几何体，用三角形壳单元划分几何面。 实体四面体单元,二阶,有限元的相关知识,有限单元,有限元的相关知识,有限单元 壳单元,二阶,有限元的相关知识,有限单元,有限元的相关知识,有限单元 横梁单元,有限元的相关知识,自由度 决定一个物体的位置所需独立坐标的数目，叫做
10、这个物体的自由度 。实体单元节点：3个平移自由度 壳单元节点：6个自由度 梁单元节点：6个自由度,有限元的相关知识,边界条件 在有限元分析中的边界条件代表 实际物理模型和它周边物体之间的相互作用关系 分析整个系统在很多时候既不实际也没必要 通过使用边界条件一个系统级的分析, 可以简化成对一个零部件级的分析,有限元的相关知识,结果分析 变形体：物体内任意两点之间可发生相对移动 基本变量FEA在结构分析中提供了应力、应变和位移的解，在热分析中提供温度、温度梯度和热流的解。,有限元的相关知识,结果分析 应力图解 位移图解 应变图解 安全系数计算公式=不同材料不同情况下公式中的极限应力都不同，根据需要
11、来选择,有限元的相关知识,单位制,Simulation基本包的使用限制（假设）,材料是线性的 应力与应变成正比 小变形 变形相对结构的整体尺寸来说很小 变形不会改变结构的刚度 静态载荷 所有载荷被缓慢且逐渐应用，直到它们达到其完全量值。在达到完全量值后，载荷保持不变（不随时间变化）。由于加速度和速度很小，可忽略不计，因此这种假设允许忽略惯性和阻尼力。,两个误区：,问题简单 Simulation非常简单的解决所有问题 过于技术的要求 一定要精确,识别无效的分析结果,验证分析的结果，在任何有限元分析中无疑是最为重要的步骤 在开始任何分析以前，应该至少对分析的结果有粗略的估计（来自经验、试验、标准考题等） 如果结果与预期的不一样，应该研究差别的原因,学习方法,帮助 在线指导教程,学习方法,官方教材,学习方法,优秀网站推荐 SolidWorks官方网站： 中国制造业信息化门户: www.e- 三维网：,
