SolidWorks Simulation有限元分析培训教程2

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练习4-1:链扣一、整个链扣的分析：1、相接触面组有两种类型，无穿透〔16〕和接合。2、一端链扣平面上施加400N的载荷，另一端加滚柱/滑竿夹具。3、使用软弹簧和直接求解器。

练习4-1:链扣一、使用对称分析：1、相接触面组有两种类型，无穿透〔5〕和接合。2、链扣平面上施加100N的载荷，其余对称约束。第5章带接头的装配体分析学习目标使用接头刚性弹簧销弹性支撑螺栓点焊连接轴承在局部坐标系中添加约束，分析结果工程描述225NAlloysteel弹簧

250n/m5N预紧整体网格2mm销钉参数：张力区域1.2，强度351.5MPa，平安系数2接头弹簧销钉边界条件和网格划分225N225NFixed结果练习5-1升降架装配体工程描述：一载重1800N的剪刀升降架承受一外部水压柱筒作用，该水压柱筒与基座上的滑块相连。假设载荷均匀地分布于两个滚筒之上，而同时又均匀地传递到剪刀架的各臂上。每臂所受的载荷均为450N。求剪刀架在配置collapsed位置时，架子各局部的位移和应力。所有材料都为普通碳钢。练习5-1升降架装配体工程分析：由于对base部件的变形和应力不感兴趣，所以可以压缩这个部件以简化网格。其对应的接触条件和摩擦力可以用【虚拟壁】来实现。虚拟壁的轴向刚度为1.6537E+13〔N/m〕/m^2虚拟壁的正切刚度为6.2216E+12〔N/m〕/m^2

练习5-2:吸振器工程描述：某一微型吸振器包括一根管子、活塞、夹钳及一个螺旋状的弹簧。我们研究该装置承受3N压力时，压环所产生的应力分布情况。我们将采用弹簧刚度255.7n/m。所有零部件指定为合金钢。练习5-2:吸振器第6章兼容/不兼容网格学习目标理解网格兼容在实体网格划分中不同的接触条件的区别理解高级不兼容网格接合的运算法那么兼容与不兼容网格对无穿透接触网格划分的影响兼容实体网格不同实体的接触面上，强制保证波节与波节对齐，以确保所需要的接合不兼容实体网格实体接触面上的网格是独立不连续的，这里通过约束方程来确保网格的接合Incompatiblesolidmesh:MoreAccurateBondingSurfacebasedcontact.Resultsatthecontactinterfaceareuniformbutsolutiontimeislonger.Incompatiblesolidmesh:SimplifiedBondingNodebasedcontact.Resultsatthecontactinterfacemaybepatchybutsolutiontimeislower.Incompatiblesolidmesh–AdvancedbondingIncompatiblemesheswithsignificantelementsizedifferencemayresultsinlessaccurateresults.ComparableelementsizeacrossthepartboundariesandAdvancedBondingisrecommended.NoadvancedbondingWithadvancedbonding兼容网格–

无穿透全局控制：兼容网格全局控制：不兼容网格网格兼容设置无穿透接触定义的高级定义选项节到节，节到曲面，全局控制第7章网格细化后的装配体分析学习目标分析包含多种接触条件的实体网格装配体在定义局部无穿透接触条件时使用初始间隙自动生成局部接触定义定义螺栓接头分析并评价有限元网格的质量使用远程载荷特征以简化分析使用和定义设计检查图解工程描述图示万向节是用来传递扭矩的，从竖直方向传递到倾斜方向。该装配体由反面的四个沉头螺栓连接到底座上，底座由2个M8的沉头螺栓连接到另一个结构件中。通过对手柄施加2.5N的水平力来产生扭矩。〔从俯视图看，力的方向垂直于手柄臂〕分析的目标是获取装配体零部件上的应力和应变的分布。而不关系轴、支架和曲柄上的变形和应力。远程载荷载荷〔直接转移〕载荷/质量〔刚性连接〕位移〔刚性连接〕远程载荷载荷〔直接转移〕：适用于忽略的零部件被假设为比分析部件更为柔软。载荷/质量〔刚性连接〕：适用于忽略的零部件非常刚硬，可以假设为刚体。位移〔刚性连接〕:也适用于忽略的零件非常刚硬，可以假设为刚体，但载荷需要指定为规定的位移。螺栓接头螺栓的紧密配合【紧密配合】选项即控制螺栓杆是否直接与孔接触，还控制螺栓孔壁面是否发生变形。1、假设螺栓材料刚度明显小于螺栓连接部件的刚度，那么柔软的螺栓杆对孔壁变形影响不大，此时应去除该选项2、假设材料刚度相当或螺栓材料明显大于连接零部件的刚度，那么应激活该选项。3、假设螺栓直径小于螺栓孔直径，该选项一般应取消，此时材料刚度特性不再重要。螺栓预载螺栓预载可以直接通过输入轴向力来定义，也可以通过扭矩间接定义，当键入扭矩为T时，螺栓预载：F=T/(KxD)其中D为螺栓直径，K为扭矩系数。K确切的计算公式非常复杂，实际例子中0.2多数适用。定义带“缝隙〞的“无穿透〞接触条件目的模拟Yoke_Female和RevBracket之间的距离不会比指定间隙更小采用带“缝隙〞的“无穿透〞接触条件始终忽略间隙：所选“源〞中的节点不允许接近与目标的初始间隙，即两者间的间隙只能大于初始间隙。忽略间隙的条件：对于大于给定值的间隙，允许完全接触。缝隙〔间隙〕选项该选项强制接触缝隙只等于参与实体之间的初始几何距离。如图中所例如子。如果选择【始终忽略间隙】，沿着指定源边线的节点不允许接近目标项，但可以进一步别离；如果【忽略间隙条件为＜4mm，那么3mm接触局部和上面描述一样，7mm接触局部允许完全相触。虚拟壁问题求解模型简化对图示连接杆件并未建模。使用远程载荷载荷〔直接转移〕坐标位置：57.15，24.6，0手工定义接触关系设全局接触为“自由〞查找相触面组逐个定义相触面并考虑摩擦带“缝隙〞的“无穿透〞接触条件定义旋转刚度使用网格控制螺栓力矩：30，摩擦0.2扭转与轴向刚度定义：Krot=JG/L=18403Kaxia=EA/L=4.313e9网格与结果草稿网格:网格参数与分析结果草稿品质的网格参数使得结果并不理想网格与结果高质量网格:网格参数与分析结果网格参数得到改善，结果也同时改善注意：完成分析所需计算时间也大大上升在薄壁特征上需要的实体单元数量一般来说，如果关注在严重弯曲或高曲率几何体中的应力或应变的结果，在厚度方向至少需要4个草稿〔或2~3高〕品质的单元。网格品质评估标准高宽比：在应力至关重要的区域，高宽比例应当低于50。任何其他区域的高宽比例不得大于1000。雅克比：判断高曲率和扭曲单元。雅克比越接近1越好，但是不能接近于0或负值，否那么将导致严重的局部网格划分失败；雅克比检查只能用于高品质单元。小结分析了高级的含有多个接触条件装配体指定旋转刚度的销钉接头使用远程载荷来远距离加载载荷平安系数分布练习7-1:螺栓接头工程描述：一个杆件连接到一基体平板上，该板含有两个松配合螺栓，螺栓直径为12mm，孔直径为12.2mm。基体平板由两边支撑，杆末端的吊环螺栓受到水平和垂直方向的载荷1100N，假定吊环的刚度非常大，在连接部位提供一个近乎刚性的连接。杆和基体平板的材料均为AISI1020.计算零部件的最大应力和变形。第8章薄件分析学习目标创立中面壳单元网格使用壳单元进行结构分析评估网格对应力集中的适应性0.2MPa工程描述一个带轮承受着传动带施加的500N的垂直合力，确定带轮的形变及应力的变化。0.2MPa壳单元KirchoffTheoryMindlinTheory细壳网格忽略了厚度方向的剪切变形及应力壳单元偏移中曲面上曲面下曲面指定比率壳单元默认位置在中曲面当使用不同厚度定义壳单元时，初始位置非常重要壳单元对称条件FEA中自由度定义了节点平移或转动的能力。实体单元每个节点有3个自由度，壳体单元每个节点有6个自由度。对齐壳单元

为什么我们需要单元对齐?应力错误是由于vonMises应力在被计算前被平均。穿越未对齐线使壳单元顶部和底部拉平的结果导致一个零应力。分析结果

Top壳单元(使用中面)–VonMisesStress

Bottom

Bottom(orange)

Top(gray)分析结果

Top壳单元(使用面)–VonMisesStress

Bottom

Bottom(orange)

Top(gray)分析结果

56259DOF实体单元–VonMisesStress878652DOF

(1elementperthickness)

(2elementperthickness)分析结果壳单元可以大大降低计算所需的时间。使用壳单元的模型要求比使用实体单元多。壳单元vs.实体单元练习8-1:支架工程描述：一钣金支架要求承受450N的边缘载荷，载荷在全局坐标系下作用在X方向。比较在有焊接和没有焊接两种配置下的变形和应力。Top练习8-2:用内侧/外侧外表的壳网格ShellElements(surfaces)–VonMisesStressBottomBottom(orange)Top(gray)练习8-3:边焊缝接头Designthesizeoftheedgeweldbeads.工程描述：一段管道系统由厚度为5mm的AISI1020钢板制作而成，并被固定在固体的实体钢壁上。管道另一端为自由端，在自由端边线上作用了3.5mm的垂直位移和1°的扭转位移。这些载荷被认为是极端的条件，即系统能够在此位置暴露于空气中，采用圆角和坡口的焊缝来连接各个零件。在所有三个位置中，确定最优的焊珠尺寸。单边圆角焊缝单边坡口焊缝双边圆角焊缝第9章混合网格-壳体和实体学习目标用适当的网格控制参数生成高质量的网格在混合网格装配体中设置不同的壳与壳，以及壳与实体接触网格工程描述本例中将对一个压力容器进行分析，它包含一些薄壁件如外壳，同时也包含厚壁件如法兰。压力容器的材料是低碳合金钢SA515，容器垂直向下并用4个定向接头支撑着，容器允许在直径方向自由膨胀。在温度为700F时最大工作压力为165psi，在本例中除了压力外不考虑其他载荷。顶端蒸汽入口人孔管容器主体1小管口支管容器主体2底端分析实例为什么使用混合网格？很多装配体设计都含有适用于实体网格的“大〞零件，也含有适用于壳网格的薄壁零件实体单元与壳单元实体单元与壳单元混合网格的兼容性问题

在分析中使用混合网格混合网格支持的分析类型静态、频率、扭曲、热力、非线性及线性动力HowmanyDOFdoesasolidelementhave?HowmanyDOFdoesashellelementhave?所要关注的部位网格类型分析容器主体及上下两端部：0.5in的钢制造而成，用壳网格适宜。管口：蒸汽管口外径24in，厚度1in；人孔管厚度20in，厚度0.1875in；人孔加强件厚度0.25in；适合壳网格。管口法兰和人孔盖：实体网格。顶端蒸汽入口人孔管容器主体1小管口支管容器主体2底端结果图解Whyarethestresseshighestatthebasenearthesupportandbondedcontacts?最大工作压力：165psi练习9-1工程描述：一水轮泵叶轮的转子以20000r/min的转速均匀转动。分析确定叶轮的位移和应力值。在这种情况下，离心力对分析结果并不会有显著影响，可以被忽略。练习9-1第9章问题在指定所有接合接触和成功划分一个复杂装配体网格之后，尝试求解时出现“模型不稳定，约束可能不适当〞对话框，请提出解决方案。在壳和实体零件之间的接合接触，在不同情况下需要或不需要有局部接合接触条件。第10章混合网格-实体、梁和壳单元学习目标使用实体、梁和壳单元创立网格在混合网格类型装配体中设置不同的壳与壳，以及壳与实体接触网格显示梁单元的分析结果工程描述—颗粒别离器颗粒器的支架除受别离器的自重外，还承受正面产生的向下150N的力，来模拟附着在别离器上新增的零部件。别离器的进口处还将加载75N和45N的力，来模拟别离器在安装过程中可能受到的其他载荷。关于梁单元6DOFs关于梁单元刚性：所有六个自由度都约束在接点上，此类型将从梁单元转移所有的力及力矩到接点〔反之亦然〕。铰链：只有三个自由度约束在接点上，连接不能从梁单元转移力矩到接点〔反之亦然〕。滑动：横梁端点能够自由平移，但不能转移力到接点手动：自定义连接。

接点连接两个或更多的横梁构件。

接点只连接一个横梁构件，并与其他横梁断开连接。接点横梁接合BondjointsorentirebeamtotargetentitiesBeamprofileimprintedontargetentities

Accurateresultsattheinterface结果图解第一方向沿截面最长边定义第二方向垂直于第一方向横梁单元的结果SimplysupportedwithuniformdistributedloadingStress:Axial,bending,worst-case,torsional,shearDisplacementAxialforcediagramsShear&bendingmomentdiagramsReactionforces&moments横梁单元的结果Simplysupportedwithuniformdistributedloading工程分析非钣金壳5mm四个点载荷各100N后梁点4500N向上风载前梁点4500N向下风载练习10-1:传送架工程描述：本练习分析简化的传送架模型，模型及焊接点的材料为普通碳钢。仔细检查后发现该结构有焊接缺陷，从而无法传递力矩。在极端运行工况下分析支架。支架所有的支脚都以地脚螺栓的方式固定在地面上，但只有2个倾斜的支脚能够真正传递力矩。练习10-2:柜子工程描述：柜子材料为铝合金/5052H32,承载着4450N的力，并在两个转角处的两个横梁上作用着两个4450N的载荷。为了简化模型，分析中没计入其他载荷〔例如搁板载荷〕，柜子底部沿着基座通过螺栓固定到地面。分析柜子的受力情况，并计算其平安系数。第11章设计情形学习目标理解并使用设计情形特征来分析当指定参数改变时的趋势找寻某些设计参数的优化值复习不同的约束与接头工程描述汽车悬加装配体状态汽车静止汽车在平滑路面上以恒定加速度行驶汽车在颠簸路面上行驶汽车在平滑路面上匀速行驶然后爬上斜坡全部零件由合金钢制造分析目标是调节下摆臂的厚度寻求一个最优值，并保证平安系数大于等于1.3.5个固定铰链弹簧刚度105e3使用销钉接头多载荷情形情形1汽车静止225NVertical，0NLateral情形2汽车在平滑路面上恒定加速度行驶185NVertical，62NLateral情形3汽车在颠簸路面上行驶385NVertical，72NLateral情形4汽车在平滑路面上均匀行驶爬坡900NVertical，115NLateral多载荷情形几何修改情形1.5mm~8mm结果〔几何修改〕练习11-1:矩形平台第12章热应力分析学习目标运行温度载荷下的静态分析与温度相关的材料属性定义使用传感器获取所需位置的结果在热应力分析中使用软弹簧选项保存模型的变形形状在局部坐标系中检查结果工程描述双层金属带，在室温25°C下，由铝带和镍带粘合在一起的双层金属带，在没有任何约束的情况下加热到280°C。求铝和镍的热扩张不同而引起的变形，并找出粘合层所需的最小应力强度。主要结果结果查看边界平均结果开边界平均结果关主要结果vonMises应力结果(ThermalStressAnalysis)主要结果传感器位置结果第13章自适应网格学习目标使用并理解P-适应解算方法使用并理解H-适应解算方法比较p-单元与h-单元结果使用对称边界条件使用图表工具第13章:讨论什么是自适应，为什么需要自适应?有限元算法的结果跟什么有关系?1.网格2.使用的网格质量(草稿品质或高品质)3.其他因素(数值误差,模型误差等.)我们的目标是什么?怎么样到达目标?确保我们的结果离精确解很相近

1.修改细化网格技术2.修改网格的“阶数〞h-adaptivityp-adaptivity工程描述及几何体准备5000lb的均布载荷，需要了解最大VonMise应力的大小和位置由于支架几何形状、载荷和支撑的对称性，可以只取1/2进行分析，在剖开处施加对称的边界条件。自适应分析方法h-自适应,p-自适应重新划分网格-h自适应改变单元价次-p自适应1storder

(DraftQuality)2ndorder

(HighQuality)…5thorderH-自适应方法的特性1)适用于实体零件及装配体(仅支持实体单元)的静态分析研究;2)在应变能误差较高的区域使用较小网格尺寸;3)可以在应变能误差较低区域网格粗化(加大网格尺寸)，便于在后面的优化计算中降低计算规模，大大提高优化效率;4)目标精度定义应变能量密度范数的精度等级默认值是98%，此处可以调整能量密度范数的精度等级，一般情况下默认的精度可以到达分析的要求;

H-自适应方法的特性5)精度偏差设置◎精度偏差设置有局部(本地)和全局(整体);、◎滑动杆朝局部移动，指示程序以较少的单元取得精确的峰值应力结果;◎滑动杆朝全局移动，指示程序取得整体零件刚度精确的结果，而不是应力结果。◎假设不确定，保持默认值即可;

6)网格粗糙化的目的是对应力梯度变化不大的区域，加大此处的单元尺寸，可以使用较小的网格得到较好的结果，同时也便于后继的优化求解。

p-自适应方法的特性1)适用于实体零件及装配体的静态分析研究，但装配体仅支持结合方式，不可以有其他接触存在;2)收敛准那么有总应变能、均方根合位移、均方根vonMises应力;3)默认收敛准那么是总应变能，均方根合位移及vonMises应力准那么并不常用;5)开始p-阶序起始于2，设为1会报错;6)必须使用二阶单元为初始网格;

停止准那么：总应变能：将所有单元的应变能相加计算出的模型的应变能。RMSvonMisses应力：节vonMisses应力的均方根值。RMSRes.位移：节合位移的均方根值。更改为

xx%

或更低：设定所选总体准那么中允许的最大相对更改。更新相对应变能误差为

xx%

或更多的单元：设定在每个单元的应变能中最大允许的相对误差。

H-自适应方法的特性5)精度偏差设置◎精度偏差设置有局部(本地)和全局(整体);、◎滑动杆朝局部移动，指示程序以较少的单元取得精确的峰值应力结果;◎滑动