Solidworks 2023三维设计及应用教程 课件 商跃进 第5-8章 SolidWorks提高设计效率的方法 -计算机辅助制造

欢迎学习计算机三维辅助设计5高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣金、焊接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。5.1设计重用设计重用避免重复劳动，提高设计的效率5.1.1配置和设计表5.1.2设计库5.1.3智能扣件等智能功能5.1.4方程式参数化设计5.1.5二次开发目的要求1.掌握配置的设置和使用方法；2.掌握设计表的生成和使用方法。5.1.1配置和设计表1、配置-零件多状态2、设计表-系列零件SolidWorks配置和设计表可以在单一的文件中对零件或装配体生成多个设计变化，来开发与管理一组有着不同尺寸、零部件或其他参数的模型。1、配置-零件多状态手动配置多用于在一个零件文件中存储其不同的工作状态等。以气门弹簧为例：自由状态（用于生成工程图）、工作状态（用于装配）（1）生成配置（2）使用配置（1）生成配置1）建弹簧模型：打开弹簧模型“弹簧.sldprt”2）生成高度配置显示特征尺寸：右击【注解】>【显示特征尺寸】添加配置：右击“弹簧高度”240>【配置尺寸】>添加配置：自由状态240mm；工作状态180mm>【确定】。3）切换配置单击【配置】标签，在【配置】特征树中双击“配置名称”如“工作状态”即可进行切换到高度为180mm的工作状态。（2）使用配置装配时使用工作状态：在装配环境中选中弹簧属性中的“工作状态”出图时使用自由状态：在工程图中选中弹簧属性中的“自由高”2、设计表-系列零件

（1）设计表生成入门（2）系列零件示例设计表可以生成具有一定规律的一系列配置，特别适用于系列零件。以平垫为例：外圈、内圈和厚度成系列变化（1）设计表生成创建零件模型：创建或打开“平垫.sldprt”插入设计表：选择“插入”>“表格”>“设计表”，选中“设计表”管理器中的“自动生成”单选按钮，单击【确定】。出现“尺寸”属性管理器，用“Ctrl+单击”选择所有特征尺寸单击“确定”按钮。填写系列尺寸：单击数据表左上角选中表格>设单元格格式为“常规”>添加系列名称xl1，2、内外径和厚度>单击空白区>单击【确定】。配置使用：单击“配置”，进入配置管理状态，双击所需的配置即可切换的相应的零件。

（2）系列零件使用新建装配文件，插入<资源文件\5.高效工具>中的“阶梯轴（设计表）.sldprt”。单击工具“插入零部件”，选择<资源文件\5.高效工具>中的“平垫片（设计表）带表格.sldprt”，完成零件装配。如图5-9所示，单击设计树中的零件名称，选择“零部件属性”，在图5-10中选中对应的配置，如系列44,单击[确定]按钮。。授课小结通过弹簧和垫片分别讲解了：配置的设置和使用步骤；系列零件的生成和使用方法。作业要求

上机练习弹簧配置和垫片系列零件。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计5高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣金、焊接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。5.1设计重用设计重用避免重复劳动，提高设计的效率5.1.1配置和设计表5.1.2设计库5.1.3智能扣件等智能功能5.1.4方程式参数化设计5.1.5二次开发目的要求1.掌握Toolbox库零件的使用方法；2.掌握库元素定制和使用方法。5.1.2设计库标准件、常用件和外购件的仓库1.Toolbox库零件调用2.Designlibrary库元素定制与使用

1.Toolbox库零件调用

开库房、找货架、调零件SolidWorksToolbox插件包括GB和ISO等标准零件库、凸轮设计、凹槽设计和其他设计工具，也可自定义常用零件。2.Designlibrary库元素定制与使用

定制企业特点的草图、特征、零件等库元素，以提高检索效率，减少重复劳动，提高设计效率。定制、添加、调用（1）库草图

（2）库零件（1）库草图

平板四孔居中对称定制添加调用（2）库零件

平垫系列零件定制添加调用授课小结通过齿轮和地脚螺栓孔分别讲解了：Toolbox库零件使用步骤；库元素定制和使用方法。作业要求

上机练习齿轮调用和地脚螺栓孔定制与使用。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计5高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣金、焊接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。5.1设计重用设计重用避免重复劳动，提高设计的效率5.1.1配置和设计表5.1.2设计库5.1.3智能扣件等智能功能5.1.4方程式参数化设计5.1.5二次开发目的要求1.掌握Toolbox智能扣件的使用方法；2.掌握Toolbox智能零件的使用方法。5.1.3智能功能自动添加紧固件等零件或配合关系。智

能

扣

件：向装配体添加Toolbox扣件，自动添加配合，手工设置参数。智能零部件：向装配体添加Toolbox库零件，自动选择配置和配合。自定义智能：创建自己的智能，以满足特殊的设计需求。1.Toolbox智能扣件定位置选类型设参数打包存2.Toolbox智能零件拖动其中的O型圈

G系列，到相应的轴段，单击，完成O型圈添加，见图5-25

3.自定义智能（1）配合参考（2）智能零部件（1）配合参考配合参考是一种智能术。将总是以相同的配合与其它零部件装配的零件配合基准设为配合参考，保存零件后，便可以在装配体中插入该零件时实现自动按配合参考智能配合。一次添加多个配合设置使用（2）智能零部件自动选择零件配置配置尺寸添加智能使用智能授课小结通过紧固件和O型橡胶圈分别讲解了：Toolbox智能扣件使用步骤；Toolbox智能零件使用方法。作业要求

上机练习智能扣件的使用。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计5高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣金、焊接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。5.1设计重用设计重用避免重复劳动，提高设计的效率5.1.1配置和设计表5.1.2设计库5.1.3智能扣件等智能功能5.1.4方程式参数化设计5.1.5二次开发目的要求1.全局变量使用方法；2.方程式定制和使用方法。3.掌握方程式驱动曲线的使用方法。5.1.4方程式参数化设计使用全局变量和方程式建模就是在建模过程中运用运算符、函数和常量等，为建模过程中模型的参数创建关系，实现参数化设计。下面以一矩形体（长为宽的2倍，高为宽的1/2倍）简要说明全局变量和方程式的应用。1.全局变量参数化2.方程式参数化3.方程式驱动曲线1.全局变量参数化2.方程式参数化3.方程式驱动曲线授课小结1.全局变量使用方法；2.方程式定制和使用方法。3.掌握方程式驱动曲线的使用方法。作业要求

上机练习全局变量和方程式渐开线。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计5高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣金、焊接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。5.1设计重用设计重用避免重复劳动，提高设计的效率5.1.1配置和设计表5.1.2设计库5.1.3智能扣件等智能功能5.1.4方程式参数化设计5.1.5二次开发5.1.5二次开发5.1.5.1二次开发基础-快速入门5.1.5.2二次开发应用-弹簧参数化目的要求1.通过圆盘二次开发快速掌握二次开发流程；2.学习二次开发的相关知识，总结其步骤。5.1.5.1二次开发基础-快速入门1.圆盘二次开发-单参数2.圆盘二次开发-双参数3.二次开发步骤4.开发平台基础—VBA1.圆盘二次开发-单参数

a.成果演示b.窗体事件c.更新模块2.圆盘二次开发-双参数

d.验结果a.布界面c.编模块b.添事件3.二次开发步骤（1）建模板（仿加工、参数化、全相关）（2）布界面（添窗体、加控件、设属性）（3）改代码（添输入、改实参、改形参）（4）操作宏（新建宏、编辑宏、执行宏）（3）面向对象开发平台术语1）对象：窗体和控件。2）对象三要素属性（名称Name、标签Capotion、大小Size）。事件（click、dbclick动作）。方法（print系统功能函数、用户函数）。4.开发平台基础—VBA（1）面向对象开发平台使用三部曲定流程布界面调结果（2）布界面添窗体画控件设属性添事件授课小结通过圆盘单/双参数二次开发：总结了二次开发步骤；学习了VBA等开发平台的术语。作业要求

上机练习双参数圆盘二次开发。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计5高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣金、焊接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。5.1设计重用设计重用避免重复劳动，提高设计的效率5.1.1配置和设计表5.1.2设计库5.1.3智能扣件等智能功能5.1.4方程式参数化设计5.1.5二次开发5.1.5二次开发5.1.5.1二次开发基础-快速入门5.1.5.2二次开发应用-弹簧参数化目的要求1.通过弹簧二次开发实践二次开发流程；2.通过弹簧二次开发举一反三其他零件开发。5.1.5.2二次开发应用-弹簧参数化（1）建模板（选参数、全相关、参数化）（2）布界面（添窗体、加控件、设属性）（3）改代码（添输入、改实参、改形参）（4）操作宏（新建宏、编辑宏、执行宏）（1）建模板建模板（选参数、全相关、参数化）基本参数：d—簧条直径（mm）

D—弹簧中径（mm）

n—有效圈数H0—自由高（mm参数化（右键单击特征尺寸更名）仿加工选参数用沿直线扭转法建立支撑圈，用沿螺旋线扫描法见工作圈，建模过程中只用4个基本参数。（2）布界面布界面（添窗体、加控件、设属性）（3）改代码改代码（添输入、改实参、改形参）（4）操作宏操作宏（新建宏、编辑宏、执行宏）授课小结通过螺旋弹簧实践二次开发的步骤：（1）建模板（选参数、全相关、参数化）（2）布界面（添窗体、加控件、设属性）（3）改代码（添输入、改实参、改形参）（4）操作宏（新建宏、编辑宏、执行宏）作业要求

上机练习螺旋弹簧二次开发。欢迎学习计算机三维辅助设计5高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣金、焊接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。

5.2专用模块5.2.1钣金5.2.2焊件5.2.3管路目的要求1.掌握钣金模块使用方法。

5.2.1

钣金设计快速入门1.工程应用2.引例-书立钣金3.钣金工具1.工程应用钣金是针对金属薄板（通常在6mm以下）的一种综合冷加工工艺，包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成型等。其显著的特征就是同一零件厚度一致。2.引例-书立钣金

（1）下料（2）切口（3）折弯（4）出图3.钣金工具5.2.2钣金

设计方法（1）从折弯状态建模（2）从展开状态建模（3）实体转换到钣金利用Solidworks建立钣金零件的方法主要有以下三种：1.设计方法类型（1）从折弯状态建模（2）从展开状态建模（3）实体转换到钣金利用Solidworks建立钣金零件的方法主要有以下三种：2.设计方法实践（1）从折弯状态建模（2）从展开状态建模（3）实体转换到钣金利用Solidworks建立钣金零件的方法主要有以下三种：（1）从折弯状态建模

（2）从展开状态建模

（3）实体转换到钣金

授课小结讲解了钣金使用方法。作业要求

上机练习书立钣金设计。欢迎学习计算机三维辅助设计5.高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配

置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣

金、焊

接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。

5.2专用模块5.2.1钣金:1.快速入门2.常用方法3.工程实践5.2.2焊件:1.快速入门2.工程实践5.2.3管路:1.快速入门2.工程实践目的要求掌握焊件模块使用方法。1.焊件快速入门（1）

工程应用（2）

引例-护栏焊件（3）

焊件工具（1）

工程应用由槽钢、角钢、圆管、方管等型材焊接而成的结构（2）

引例-护栏焊件

2.画框架1.开焊件3.选型材（方框圆杆斜接头）4.换型材（圆框方杆直接头）（3）

焊件工具打开焊件工具条常用焊件特征授课小结讲解了焊件模块的使用方法。作业要求

上机练习护栏焊件设计。欢迎学习计算机三维辅助设计5.高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配

置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣

金、焊

接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。

5.2专用模块5.2.1钣金:1.快速入门2.常用方法3.工程实践5.2.2焊件:1.快速入门2.工程实践5.2.3管路:1.快速入门2.工程实践目的要求掌握焊件模块使用方法。2.实践-茶几焊件

1.画框架画框架选型材加筋板跑焊缝0.开焊接2.选型材3.裁接头4.裁接头5.跑焊缝6.出图纸授课小结讲解了焊件模块的使用方法。作业要求

上机练习茶几焊件设计。欢迎学习计算机三维辅助设计5高效工具SolidWorks加快零件三维模型设计常用的方法包括：设计重用：配置、设计库、智能功能、方程式、二次开发专用模块：钣金、焊接、管道与布线利用已有成果，加快设计进程；使用智能工具，提升设计能力。

5.2专用模块5.2.1钣金5.2.2焊件5.2.3管路目的要求1.掌握管路模块使用方法。

5.2钣金设计快速入门1.工程应用2.引例-书立钣金3.钣金工具5.4管路与布线

管路与布线是管道和电器线路设计助手5.4.1布路设计基础5.4.2布路设计实践5.4.1布路设计基础1.快速入门2.一般步骤3.主要功能1.快速入门

（1）安基体新建装配体，并安装基体“管路基体.sldasm”（2）添接头从ruoting库中拖放sliponweldflange到相应位置，并选择0.5型法兰，单击“确定”按钮（3）布管线单击“自动步路”>选中两法兰管路端点，单击“确定”按钮>修改弯管半径为R30，单击右上角图标退出管路编辑状态（4）打包存单击“文件”>“PacktoGo”2.一般步骤安基体：新建装配体，并安装基体；添接头：在基体相关部位添加法兰盘等接头；布管线：在相连接头之间布置管道或线路；做修改：编辑线路草图，删除或添加附件。打包存：将管路相关零部件打包保存在一起。只要在装配环境中才能使用！！3.主要功能管道（Pipe）系统：钢管连接成管筒“Tube”系统：由塑性软管组成布线（routing）系统：由电缆线组成。启动SolidWorksRouting5.4.2布路设计实践1.三维管路设计2.自动布线实践1.三维管路设计1.绘制草图（上视基准面）2.选法兰、设弯管（0.5法兰、R30弯管）3.画路线（用直线工具沿草图绘制管路）4.添法兰（添加0.5法兰）5.打包存2.自动布线实践2.添接头（拖放electrical库中的db15-e接头）4.打包存1.建装配（新建并保存装配文件）3.布线路（单击自动步路）授课小结讲解了管路使用方法。作业要求

上机练习法兰管路系统设计。欢迎学习计算机三维辅助设计6机构运动仿真机构运动仿真，是机器功能实现的保证.6.1

Motion快速入门6.2Motion应用实践目的要求通过简单实例了解机构运动仿真相关术语，归纳总结通用分析步骤。熟悉SolidWorks设计验证工具的启动方式和常用功能6.1

Motion快速入门6.1.1

Motion引例6.1.2Motion基础6.1.1

Motion引例1.问题描述2.步骤归纳1.问题描述在图所示的曲柄滑块机构中，已知曲柄1长度l1=0.35m，连杆2长度l2=2.35m。全部零件的材料为普通碳钢，滑块3及其附件的质量为6kg。曲柄1转速n1为300r/min，求曲柄1逆时针转动θ1=45°时滑块3位移和惯性力。（1）装机械（2）添驱动（3）做仿真（4）看结果（1）装机械打开“曲柄滑块机构.sldasm”（2）添驱动进入Motion：左上角【Solidworks插件】>【SolidWorksMotion】>左下角【运动算例1】>【Motion】添加旋转马达（3）做仿真

设仿真参数（0.5秒，60帧/秒）执行运动仿真（4）看结果滑块质心X坐标曲线滑块惯性力曲线2.步骤归纳

（3）做仿真（4）看结果（1）装机械装机械：在SolidWorks完成机构装配。添驱动：为主动件添加运动参数（如转速）或动力参数（如扭矩）。做仿真：设置仿真时长、仿真间隔、并完成计算。看结果：察看从动件的运动特性（如位移曲线）和运动副的动力特性（如反作用力）。（2）添驱动运动仿真四步曲：6.1.2Motion基础1.Motion用户界面2.Motion驱动元素3.CAE简介1.Motion用户界面设计树：设计树中包含驱动元素（如“旋转马达”）、装配体中的零部件和分析结果等；时间线：时间线位于MotionManager设计树的右方，在SolidWorksMotion可用于设定仿真时间。工具条：管理工具中包含了添加驱动元素等工具图标。2.Motion驱动元素3.SolidWorksCAE简介（1）CAE的含义（2）CAE的研究内容（3）SolidWorks设计验证工具（1）CAE的含义

计算机辅助工程CAE(ComputerAidedEngineering)主要是指用计算机对工程和产品的运行性能与安全可靠性分析,对其未来的状态和运行状态进行模拟、及早地发现设计计算中的缺陷,并证实未来工程、产品功能和性能的可靠性。

其核心为有限元技术(FiniteElementMethod，FEM)与虚拟样机的运动/动力学仿真技术(VirtualPrototyping，VP)。

该技术是降低成本

提高可靠性的保证。（2）CAE的研究内容运动/动力学仿真VP：运用运动/动力学的理论、方法,对由CAD实体造型设计出动的机构、整机进行运动/动力学仿真,给出机构、整机的运动轨迹、速度、加速度以及动反力的大小等。工程有限元分析FEM：运用工程数值分析中的有限元等技术分析计算产品结构的应力、变形等物理场量,给出整个物理场量在空间与时间上的分布,实现结构的从线性、静力计算分析到非线性、动力的计算分析;强度与寿命评估：运用结构强度与寿命评估的理论、方法、规范,对结构的安全性、可靠性以及使用寿命做出评价与估计。结构与过程优化设计：运用过程优化设计的方法在满足工艺、设计的约束条件下,对产品的结构、工艺参数、结构形状参数进行优化设计,使产品结构性能、工艺过程达到最优。（3）SolidWorks设计验证工具

SolidWorks常用的验证工具包括：Motion：机构运动/动力分析模块Simulation：结构设计模块FlowSimulation：流体设计模块打开设计验证工具的方法：方法2：【选项】>【插件】方法1：【SolidWorks插件】>【Motion等插件】小结通过一个曲柄滑块机构：介绍了Motion的界面总结了机构运动仿真的主要步骤作业要求

课后熟悉SolidworksMotion操作界面和命令，练习曲柄滑块机构分析，理解机构分析四步曲。如何启动Motion等插件？如何添加驱动元素？如何输出计算结果？欢迎学习计算机三维辅助设计6机构运动仿真机构运动仿真，是机器功能实现的保证.6.1

Motion快速入门6.2Motion应用实践6.2Motion应用实践6.2.1压气机机构仿真分析6.2.2阀门凸轮机构仿真设计6.2.3工件夹紧机构仿真设计6.2.4挂锁夹紧机构仿真设计目的要求通过压气机机构运动仿真，掌握Motion驱动、负载的施加方法和运动副反作用力曲线输出方法。6.2.1压气机运动仿真分析1.压气机装配体2.添加曲柄驱动3.施加空气阻力4.设置分析参数5.查看分析结果1.压气机装配体2.添加曲柄驱动3.施加空气阻力4.设置分析参数5.查看分析结果小结压气机机构仿真分析：阻力施加，反作用力和位移绘图。作业要求完成压气机机构仿真分析：阻力施加，反作用力和位移绘图。欢迎学习计算机三维辅助设计6机构运动仿真机构运动仿真，是机器功能实现的保证.6.1

Motion快速入门6.2Motion应用实践6.2Motion应用6.2.1压气机机构仿真分析6.2.2阀门凸轮机构仿真设计6.2.3工件夹紧机构仿真设计6.2.4挂锁夹紧机构仿真设计目的要求通过阀门凸轮机构运动仿真，掌握Motion中接触关系设置、弹簧添加和接触力的输出等方法6.2.2阀门凸轮机构仿真设计1.实体接触配置2.添加凸轮驱动3.施加弹簧阻力4.设置分析参数5.查看分析结果1.实体接触设置添加凸轮接触添加阀门接触2.添加凸轮驱动3.施加弹簧阻力刚度为10N/mm，自由高为45mm。4.设置分析参数5.查看分析结果小结

阀门凸轮机构仿真设计：接触设置弹簧添加

接触力绘图作业要求完成阀门凸轮机构仿真设计：弹簧、接触添加，接触力绘图欢迎学习计算机三维辅助设计6机构运动仿真机构运动仿真，是机器功能实现的保证.6.1

Motion快速入门6.2Motion应用实践6.2Motion应用6.2.1压气机机构仿真分析6.2.2阀门凸轮机构仿真设计6.2.3工件夹紧机构仿真设计6.2.4挂锁夹紧机构仿真设计目的要求通过工件加紧机构运动仿真：掌握Motion中接触添加及接触力输出方法掌握仿真参数的修改方法。6.2.3工件夹紧机构仿真设计1.设置实体接触2.添加夹紧驱动3.设置分析参数4.查看分析结果1.设置实体接触2.添加夹紧驱动3.设置分析参数4.查看分析结果5.仿真参数修改（1）载荷数值修改（2）仿真时长修改（3）仿真间隔修改（4）仿真精度修改（5）仿真图解显/隐小结工件夹紧机构仿真设计：仿真结果的利用和仿真参数的修改。作业要求完成工件夹紧机构仿真设计：仿真参数修改练习，接触添加及接触力输出方法练习。欢迎学习计算机三维辅助设计6机构运动仿真机构运动仿真，是机器功能实现的保证.6.1

Motion快速入门6.2Motion应用实践6.2Motion应用6.2.1压气机机构仿真分析6.2.2阀门凸轮机构仿真设计6.2.3工件夹紧机构仿真设计6.2.4挂锁夹紧机构仿真设计目的要求通过挂锁运动仿真，掌握：驱动力施加方法阻力施加方法阻力测试方法仿真结果分析方法尺寸优化方法6.2.4挂锁夹紧机构仿真设计能产生至少800N的夹紧力。手动夹紧，用力不大于80N，手动松开时做功最少。必须在给定的空间内工作。有震动时，仍能保持可靠夹紧。1.挂锁初始模型2.挂锁实体接触3.添加手柄驱动4.施加弹簧阻力5.设置分析参数6.查看分析结果7.优化设计参数1.挂锁初始模型挂锁夹紧机构.sldasm2.挂锁实体接触压缩原重合配合，添加3D接触3.添加手柄驱动4.施加弹簧阻力刚度120N/mm阻尼0.5N/mm/s5.设置分析参数仿真时长0.2秒仿真间隔200帧/秒查看分析结果

由以上分析结果可见，弹簧力（即夹紧力）为978N，大于规定值（800N），且手柄转角超过锁紧点位置（131°），即手柄处于过锁紧点位置，可保证挂锁处于安全状态。所以，该方案满足设计要求。7.优化设计参数（1）建立设计变量选取除机架之外的零件的长度方向尺寸作为设计变量。（2）灵敏度分析为了研究上述6个变量的影响，按照将其中1个变量增大20%，其他变量不变的原则，完成增加变量值的研究。同理，按照其中1个变量减小20%，其他变量不变的原则，完成减小变量值的研究。由此可得到12种方案，对每种方案进行仿真，根据弹簧力与原方案的变化率的大小可以得出各变量对结果的影响程度，即灵敏度。小结挂锁夹紧机构仿真设计：机构优化设计。作业要求完成挂锁夹紧机构仿真设计：机构优化设计。欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1Simulation快速入门7.2Simulation应用实例7.3优化设计7.4耦合场分析7.1Simulation快速入门7.1.1引例-单向拉伸分析7.1.2有限元分析基础7.1.3有限元的建模策略目的要求目的：通过简单实例了解有限元分析相关术语，归纳总结通用分析步骤。重点:有限元分析的三步曲。

难点:有限元分析的特点及相关术语。7.1.1引例-单向拉伸分析问题分析（1）画模型（2）定类型（3）选材料（4）分网格（5）添约束（6）加载荷（7）求结果（8）显动画（9）下结论（1）画模型（2）定类型【solidworks插件】>SolidWorksSimulation【Simulation】>【新算例】>【静应力分析】>【确定】（3）选材料

右单击【零件】>【应用/编辑材料】>选【普通碳钢】（4）分网格

右单击【网格】>【生成网格】>【确定】接受默认网格（5）添约束

右单击【夹具】>【固定几何体】>选圆柱底面，【确定】（6）加载荷

右单击【外部载荷】>【力】>选顶面，5000N，【反向】>【确定】（7）求结果

单击【运行】（8）显动画

右单击【应力】>【动画】（9）下结论计算精度分析-可信度最大应力102.6MPaS=F/A=500/(3.14*4*4)=99.5MPa零件强度校核-可靠度小于屈服极限235MPa，不会屈服。演示视频单向拉伸分析演示过程总结

由以上引例可归纳出通用有限元软件分析三步曲为:前处理：画模型，定类型，设属性，分网格。求解：添约束，加载荷，查错误，求结果。后处理：列结果，绘图形，显动画，下结论。小结通过一个简单标准试件模型：介绍了Simulation的界面总结了有限元分析的主要步骤进行了理论值与有限元解的比较作业要求

课后熟悉SolidworksSimulation操作界面和命令，练习单向拉伸有限元分析，理解有限元分析三步曲。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1Simulation快速入门7.2Simulation应用实例7.3优化设计7.4耦合场分析7.1Simulation快速入门7.1.1引例-单向拉伸分析7.1.2有限元分析基础7.1.3有限元建模策略学习目标了解有限元的三步曲了解有限元的基本思想和术语掌握Simulation的基本界面和基本操作了解Simulation的主要功能7.1.2有限元分析基础1.有限元定义与基本思想2.有限元常用术语3.通用有限元软件分析三步曲4.Simulation界面5.Simulation分析类型6.Simulation网格控制7.Simulation结果后处理1.有限元定义与基本思想2.基本思想

化整为零，积零为整（数值积分→盖大楼。具有方法论的意义）。

即：将连续的结构离散成有限个单元和节点，将连续体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体；同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单元中假设一近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律；进而利用力学中的某些变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元法方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的有限自由度问题。求解结束后，利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。1.何谓有限元法求解数理方程的一种数值计算方法，解决工程实际问题的一种数值计算工具。2.有限元常用术语单元：结构的网格划分中的每一个小的块体称为一个单元。常见的单元类型有线段单元、三角形单元、四边形单元、四面体单元和六面体单元几种。由于单元是组成有限元模型的基础，因此，单元的类型对于有限元分析是至关重要的。节点：确定单元形状的点就叫节点。例如线段单元只有两个节点，三角形单元有三个或者六个节点，四边形单元最少有四个节点等。载荷：工程结构所受到的外在施加的力称为载荷。包括集中载荷和分布载荷等。在不同的学科中，载荷的含义也不尽相同。在电磁场分析中，载荷是指结构所受的电场和磁场作用。在温度场分析中，所受的载荷则是指温度本身。约束：边界条件就是指结构边界上所受到的外加支撑（已知位移）。3.通用有限元软件分析三步曲

从使用有限元程序的角度讲，有限单元法分析又可分成三大步:前处理：画模型，定类型，设属性，分网格。求解：添约束，加载荷，查错误，求结果。后处理：列结果，绘图形，显动画，下结论。4.Simulation界面设计树工具栏启动钮图形区5.Simulation分析类型SolidWorksSimulation可以完成“常规模拟、设计洞察、高级模拟”三部分功能。其中主要专题为：Static(静态)：计算压力、拉力和变形；Frequency(频率)：计算共振频率；Thermal(热力)：计算温度和热流动。6.Simulation网格控制网格大小它是按包围一个单元的球体（实体单元）或圆（壳单元）的直径来定义的。公差表示了网格特征单元的尺寸范围，如单元大小为0.225in，公差设定为0.011，则所有单元的尺寸均在0.214~0.236in范围内。自动过渡对细小特征、孔和圆角自动应用网格控制。在对具有许多细小特征和细节的大模型网格化之前消除选择自动过渡，可以避免不必要地生成大量单元。局部细化在高应力的地方应用网格控制。比率：定义连续过渡单元层间单元大小的比率比率=1.2比率=1.1整体单元9mm局部单元0.5mm7.Simulation结果后处理编辑定义：图表定义、图表选项、图解设定。截面剪裁ISO剪裁探测结果8.Simulation视频演示Simulation基本操作演示小结简要分析了有限元分析的三步曲介绍了有限元的基本思想及术语介绍了Simulation的界面介绍了Simulation的网格控制等基本操作作业以单向拉伸为例练习以下内容：网格控制编辑定义：图表定义、图表选项、图解设定。截面剪裁ISO剪裁（看等值线）探测结果（看路径图）机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1Simulation快速入门7.2Simulation应用实例7.3优化设计7.4耦合场分析7.1Simulation快速入门7.1.1引例-单向拉伸分析7.1.2有限元分析基础7.1.3有限元建模策略7.1.4装配体有限元分析学习目标了解有限元分析的原则掌握有限元工程应用的策略7.1.3有限元的建模策略1.有限元分析原则与策略2.有限元的建模策略范例3.有限元工程分析过程示例1.有限元分析原则与策略

常用策略如下：（1）网格疏密得当：一般采用“网格疏密得当，先粗后细”多次试算。（2）删除次要细节：忽略应力不大部位的小孔、倒角/圆角、退刀槽、键槽等一般“先压缩所有细节进行初步分析，然后解压缩应力较大部位的细节再进行分析”。（3）对称性的利用：只取对称结构的一部分分析（如1/2结构）。（4）模拟实际边界条件：如果模型边界条件与实际工况相差较大，计算结果就会出现较大的误差，所以建模时应尽量使边界条件值与实际值相一致。1倒角2小孔3圆弧过渡4退刀槽“保证计算精度的前提下尽量降低计算规模”。2.建模策略范例——带孔板分析（1）精细网格（2）疏密得当（3）忽略细节（4）利用对称

一个620mm×380mm×20mm的带孔矩形板，其中孔的直径为200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布载荷，计算其最大应力。（约220MPa）（1）精细网格查看网格信息的方法是在Simulation设计树中右键单击“网格”，选择“细节”。（2）疏密得当查看网格信息的方法是在Simulation设计树中右键单击“网格”，选择“细节”。（3）忽略细节（4）利用对称（5）

建模策略总结

一个620mm×380mm×20mm的带孔矩形板，其中孔的直径为200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布载荷，计算其最大应力。（约220MPa）3.零件有限元工程应用示例-工作台分析问题定义（分析图中承载支架B载载荷C作用下的应力和变形）模型简化（A物体变用约束、B物体变压力；忽略外圆角，利用对称性）几何建模（绘草图，建特征、制零件）施加边界条件（添约束、加载荷）网格划分（选材料、设单元、分网格）结果查看应力分布位移分布网格建模小结有限元建模策略：疏密得当，忽略细节，利用对称零件工程应用步骤：（1）问题定义，（2）几何建模，（3）网格建模，（4）结果查看作业如何控制网格密度？如何判断结果的精度？如何进行模型简化？完成带孔板建模策略对比分析。完成工作台强度分析.机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1Simulation快速入门7.2Simulation应用实例7.3优化设计7.4耦合场分析7.1Simulation快速入门7.1.1引例-单向拉伸分析7.1.2有限元分析基础7.1.3有限元建模策略7.1.4装配体有限元分析学习目标掌握装配体有限元分析的技巧7.1.4装配体有限元分析进行装配体分析时，必须设置零件之间的连接关系，即要考虑各零部件之间是如何接触的。车轮与钢轨之间、啮合的齿轮是典型的接触问题。1.装配分析的实质和面临的问题2.接触类型及实例（1）装配分析的实质和面临的问题装配体仿真的本质：就是设置零件与零件之间的接触问题。

装配体仿真所面临的问题：（1）模型的简化。这一步包含的问题最多。实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。（2）零件之间的联接。装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系，使用接触来建模，应该使用哪一种接触形式呢？（3）材料属性的考虑。在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。（4）有限元网格的划分。对于装配体中的每个零件，该如何划分网格？（2）接触类型及实例1）T型焊接-接合2）轮轨接触-无穿透3）轮轴压装-冷缩1）T型焊接-接合2）轮轨接触-无穿透3）轮轴压装-冷缩冷缩配合轴194.2mm孔194mm小结装配工程应用步骤：（1）问题定义（2）几何建模（3）装配设定（4）网格建模（5）结果查看作业完成接触设定分析欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场协调7.2应用实践7.2.1弯扭组合阶梯轴强度校核7.2.2圆柱螺旋压缩弹簧设计7.2.3直齿圆柱齿轮强度设计7.2.4动车组车体碰撞分析学习目标进行轴静强度分析：掌握加载区域分割，轴承约束、扭矩添加进行疲劳强度分析：掌握疲劳分析原理、恒幅和变幅载荷寿命预测。进行轴的模态分析：掌握材料、约束和载荷复制/粘贴，频率、振型分析7.2.1阶梯轴强度校核一高速轴扭矩T=7000N.m，圆周力Ft=5000N，径向力Fr=1840N，轴向力Fa=700N，试对该轴进行静强度、刚度、疲劳强度和模态分析。1.轴的静强度和刚度校核（1）分割加载区域（2）局部网格细化（3）施加轴承约束（4）施加工作载荷（5）静强度校核（6）弯曲刚度校核静强度校核：避免瞬时过载，塑性变形刚度校核：避免刚度不足，变形过大（1）分割加载区域（2）局部网格细化（3）施加轴承约束（4）施加工作载荷（5）静强度校核可见最大应力为246.2MPa，该值小于45钢的屈服极限（280MPa），轴不会发生塑性变形。（6）弯曲刚度校核可见最大弯曲变形为0.2779mm，该值小于轴的挠度许用值（[f]=0.5mm），轴弯曲刚度合格。2.轴的疲劳强度分析（1）疲劳分析基础（2）S-N曲线添加（3）恒幅疲劳事件（4）变幅疲劳事件轴通常所受的载荷是变化的，因此以疲劳强度分析为主。应力比率r=最小应力/最大应力对称循环r=-1，脉动循环r=0（1）疲劳载荷类型恒幅载荷变幅载荷（2）设定S-N曲线在已知应力比R下的疲劳损伤极限Se及S—N曲线的斜率K，可根据S-N曲线确定应力Smax情况下达到疲劳损坏的次数Ni。（3）恒幅疲劳分析可见，轴最短寿命为19.55万次。1)选定恒幅疲劳2）设置载荷属性3）添加恒幅事件4）分析预测结果（4）变幅疲劳分析可见，最短寿命是610.1个谱块。1)选定变幅疲劳2）设置载荷属性3）添加恒幅事件4）分析预测结果3.轴的模态分析

轴是弹性体，旋转时由于轴和轴上零件的材料不均匀、制造有误差或对中不良等，就要产生以离心力为表征的周期性的干扰力，从而引起轴的弯曲振动。如果这种强迫振动的频率与轴的弯曲自振频率相重合时，就出现了弯曲共振现象。因此，有必要对轴进行模态分析。寻求结构振动特性（固有频率和主振型）以便更好地利用或减小振动。（1）复制材料（2）复制约束（3）一阶振型（4）固有频率（1）复制材料（2）复制约束（3）一阶振型如图，模式1的频率为1185.1Hz。（4）固有频率小结简要分析加载区域、轴承约束、扭矩的添加方法介绍了材料、约束等复制/粘贴方法介绍了疲劳寿命预测的步骤和原理：选类型、设属性、添事件、看结果介绍了模态分析的原理和步骤作业上机练习轴类零件的静强度、疲劳强度和模态分析。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场协调7.2应用实践7.2.1弯扭组合阶梯轴强度校核7.2.2圆柱螺旋压缩弹簧设计7.2.3直齿圆柱齿轮强度设计7.2.4动车组车体碰撞分析学习目标进行弹簧刚度分析：掌握强迫位移施加，列举约束反力和刚度确定方法。进行弹簧强度分析：掌握复制算例、最大载荷施加方法、应力选取方法，强度评价原则。进行弹簧稳定性分析：掌握屈曲分析过程、屈曲载荷确定方法。7.2.2圆柱螺旋压缩弹簧设计

已知某弹簧簧丝直径d=41mm、弹簧中径D=220mm、工作圈数n=2.9圈、自由高H0=256mm，承受的最大载荷Pmax=43kN。设计刚度[Kv]=925N/mm，许用应力[τ]=750MPa。

试对其刚度、强度和稳定性进行校核。1.刚度分析

基本思想：根据弹簧刚度的定义，得弹簧刚度CAE分析的基本思想：弹簧一端固定，另外一端施加单位位移，所得固定端支反力即为弹簧刚度。（1）下支撑圈固定

可见约束反力为931N，即弹簧刚度为931N/mm。与设计刚度925N/mm接近，弹簧刚度合格。（2）上支撑圈单位位移（3）查看约束反力2.强度分析

基本思想：弹簧一端固定，另外一端施加最大挠度（fmax=Pmax/Kv=43000/931=46.2mm），所得应力即为弹簧最大应力。（1）下支撑圈固定可见vonMises应力为921MPa，则当量剪应力为921MPa/2=460.5MPa，小于材料的许用应力（750MPa），弹簧强度合格。（2）上支撑圈最大挠度（3）查看最大应力3.稳定性分析

基本思想：弹簧一端固定，另外一端施加单位位移，进行屈曲分析确定位移屈曲因子乘以弹簧刚度即为临界载荷。（1）下支撑圈固定（3）查看临界挠度（2）上支撑圈单位位移临界载荷Pc=99.904×1.0×931/1000=93.1kN>Pmax=43kN，弹簧的稳定性合格。小结介绍了弹簧刚度计算步骤和原理：加单位位移，看约束反力介绍了弹簧强度设计步骤和原理：加最大挠度，看最大应力介绍了弹簧屈曲载荷的确定方法：加单位位移，看临界挠度作业上机练习动车组轴箱弹簧的刚度、强度及稳定性分析。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场协调7.2应用实践7.2.1弯扭组合阶梯轴强度校核7.2.2圆柱螺旋压缩弹簧设计7.2.3直齿圆柱齿轮强度设计7.2.4动车组车体碰撞分析学习目标进行齿轮弯曲强度分析：掌握模型简化方法，无穿透接触施加方法。进行齿轮接触强度分析：掌握接触压力等获取方法。进行过盈配合分析：掌握过盈量的设定方法，冷缩配合的使用方法。7.2.3直齿圆柱齿轮强度设计

1.弯曲强度分析：为了保证在预定寿命内不发生轮齿断裂失效，应进行齿根弯曲强度计算。2.接触强度分析：为了保证在预定寿命内齿轮不发生点蚀失效，应进行齿面接触强度计算。3.过盈配合分析：齿轮与轴的连接方式采用圆柱面过盈配合时要进行装配应力和传递扭矩的计算。1.啮合强度分析

为了保证在预定寿命内不发生轮齿断裂失效和点蚀失效，应进行齿根弯曲强度和接触强度计算。（1）齿轮啮合模型建立（2）齿轮啮合关系设定（3）齿轮边界条件施加（4）齿轮弯曲强度评定（5）齿轮接触强度评定（1）齿轮啮合模型建立

（2）齿轮啮合关系设定

（3）齿轮边界条件施加

（4）齿轮弯曲强度评定

（5）齿轮接触强度评定

误差为6.9％。3.过盈配合分析

齿轮与轴的连接方式采用圆柱面过盈配合时要进行装配应力和传递扭矩的计算。（1）过盈配合建模（2）装配关系设定（3）过盈配合分析（1）过盈配合建模过盈配合φ60H7/r6，过盈量=0.00516~0.04696mm（2）装配关系设定（3）过盈配合分析观察径向应力观察接触压力小结介绍了齿轮啮合分析方法介绍了无穿透接触使用方法介绍了冷缩配合使用方法作业上机练习齿轮啮合强度分析和轮轴过硬配合强度分析。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场协调7.2应用实践7.2.1弯扭组合阶梯轴强度校核7.2.2圆柱螺旋压缩弹簧设计7.2.3直齿圆柱齿轮强度设计7.2.4动车组车体碰撞分析学习目标进行车体碰撞分析：掌握跌落分析的步骤和应用方法。7.2.4动车组车体碰撞分析

以100m/s（相当于360km/h）的速度沿轴向运动的铝圆柱杆，碰撞固定边界，模拟动车组车体碰撞刚性墙。计算杆件的反应的时间函数，并求出杆件最小长度。杆件采用铝合金制作，满足具有硬化同向性的vonMises塑性模型。1.前处理2.求解3.后处理1.前处理（1）定类型（2）选材料（3）画网格2.求解（1）设参数（2）定选项（3）做分析3.后处理（1）看分布绘制端面位移变化曲线（3）绘曲线（2）显动画小结介绍了跌落分析用于碰撞仿真的过程：塑性材料设定、碰撞参数设定、求解选项设置作业上机练习碰撞仿真欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场耦合7.3优化设计7.3.1优化快速入门7.3.2带孔板轻量化7.3.3托

架轻量化“用最小的代价获得最大收益”。学习目标掌握优化设计思想理解优化设计三要素的确定方法掌握优化设计五步曲7.3.1快速入门优化设计术语2.优化设计过程（1）数学模型：设计变量:r和h目标函数：MaxV＝πR2H约束条件：S＝2πRH＋2πR2≤10000（2）设计思想“用最小的代价获得最大收益”。（3）优化三要素设计变量：即自变量。约束条件：用来体现优化的边界条件。目标函数：最终的优化目的。引例选择杯子底面半径r和高度h，在表面积S不大于10000的条件下，使得容积V最大。1.优化设计术语2.优化设计步骤（1）开优化（2）选变量（3）添约束（4）定目标（5）做优化优化设计五步曲：（1）开优化开优化：右单击【运动算例1】>【生成新设计算例】（2）选变量选变量：右单击特征树中的【注解】>【显示特征尺寸】；【变量】>【添加参数】>选择直径和高度，区间均为[40,60],步长取5.（3）添约束添约束：【约束】>【添加传感器】>【类型：测量】>【选圆柱外表面】>【创建传感器】，设测量2<10000mm2.（4）定目标定目标：【目标】>【添加传感器】>【类型：质量特性】>【属性：体积】，并设为体积1为最大化。（5）做优化【运行】，执行优化设计看结果：h=d=45mm小结优化设计思想：“用最小的代价获得最大收益”优化设计三要素：设计变量、约束条件、目标函数优化设计五步曲：（1）开优化，（2）选变量，（3）添约束，（4）定目标，

（5）做优化作业上机练习茶杯优化设计机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场耦合7.3优化设计7.3.1优化快速入门7.3.2带孔板轻量化7.3.3托

架轻量化“用最小的代价获得最大收益”。学习目标掌握带孔板轻量化设计建模方法掌握优化设计五步曲7.3.2带孔板轻量化（1）问题描述（2）数学模型（3）应力计算（4）优化设计1.问题描述一个620mm×380mm×20mm的带孔矩形板，其中孔的直径为200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布载荷，设计板宽，使最大应力小于200MPa时重量最轻。2.数学模型数学模型：设计变量:b目标函数：Minm＝f1(b)约束条件：S＝f2(b)≤200一个620mm×380mm×20mm的带孔矩形板，其中孔的直径为200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布载荷，设计板宽，使最大应力小于200MPa时重量最轻。3.应力计算1.打开零件：（带孔板轻量化-模型.SLDPRT）2.启动Simulation工具3.新建静应力算例“应力计算”4.赋材料：碳钢板5.添约束：固定左面6.加载荷：右面拉力360000N7.做仿真：运行分析4.优化设计1.新建优化设计：右单击【运动算例1】>【生成新设计算例】2.选变量：【添加设计变量】>名称为B>单击模型宽度尺寸380>380~450，步长103.添约束：【添加约束】>Simulaton数据，应力，Mpa>小于，2004.定目标：【添加目标】>质量属性，质量5.做优化：【运行】6.提精度：B=395~400，步长取1mm小结轻量化设计思想：应力小于许用应力的条件下，重量最小。轻量化设计步骤：先算约束、后做优化。作业上机练习带孔板轻量化设计机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场耦合7.3优化设计7.3.1优化快速入门7.3.2带孔板轻量化7.3.3托

架轻量化“用最小的代价获得最大收益”。学习目标完成托架多种约束条件下的轻量化设计掌握优化设计五步曲7.3.3托

架轻量化1.问题描述2.优化建模3.约束条件求解4.定义设计变量5.设定三要素6.观察优化结果1.问题描述

悬臂托架按如图方式进行支撑和施加载荷(面载荷为5MPa)。根据功能要求，托架的外部尺寸不能变化。中心切除大小由D11、D12和D13控制。这些尺寸可以在一定范围内变化。

通过以下条件减小悬臂托架的体积：vonMises应力不得超过特定值；大位移不得超过特定值；固有频率应在260Hz到400Hz范围内，以避免与安装机械引起共振。2.优化建模数学模型：设计变量:D11、D12和D13目标函数：Minm＝f1(b)约束条件：S≤300MPaw≤0.21mm260Hz≤f≤400Hz3.约束条件求解4.定义设计变量5.设定三要素6.观察优化结果小结轻量化设计思想：应力小于许用应力，固有频率大于许用频率的条件下，重量最小。轻量化设计步骤：先算约束、后做优化。作业上机练习托架轻量化设计欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场耦合7.3优化设计7.3.1优化快速入门7.3.2带孔板轻量化7.3.3托

架轻量化7.3.4角撑板拓扑优化学习目标了解优化设计的类型角撑板拓扑设计掌握拓扑优化设计的步骤7.3.4角撑板拓扑优化设计1.问题描述2.优化建模3.约束条件求解4.定义设计变量5.设定三要素6.观察优化结果1.问题描述

如所示角撑板，左侧两个圆孔的内表面施加固定约束，另一个圆孔的内表面施加力：Fx=15N，Fy=5N。

在将其质量减少45%的基础上找到板的”最佳强度重量比”时的结构方案。2.开拓扑打开<资源文件：7结构分析\>中的“三角板拓扑优化.sldprt”模型，单击Simulation工具条中的“算例”，如图7-51所示，选择设计洞察中的“拓扑”，然后单击“确定”按钮3.加边界施加约束：两个孔的圆柱面“固定铰链”。施加载荷：右侧孔的圆柱面加载荷，Fx=15N，Fy=5N。4.设目标设置拓扑优化目标和约束

在拓扑算例树中，右键单击目标和约束，然后单击“最佳强度重量比（默认）”。在约束1下选“减少质量（百分比）”，将约束值设置为45(%)5.做优化单击Simulation工具条中的“运行”，通过多次迭代实现的拓扑优化。6.导结果

计算光顺网格：右键单击“结果”，“定义新的材料质量图解”，单击“计算光顺网格”。导出光顺网格：在设计树中右键单击“材料质量1（-材料质量）”，然后单击“导出光顺网格”，在“将网格保存至”中选择“新零件文件”，设零件名称为“拓扑优化结果”。在“高级导出”中选中“实体”，单击。小结拓扑优化设计思想：通过改变结构外侧的材料和内部的开孔数目确定结构的最佳拓扑结构。轻量化设计步骤：开拓扑、加边界、设目标、做优化、导结果作业上机练习角撑板拓扑优化设计欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场耦合7.4耦合场分析7.4.1压气机动力强度协同分析7.4.2踏面制动车轮热机耦合分析7.4.3动车组车体流固耦合分析一个场的响应是另一个场的激励!学习目标掌握运动分析步骤。掌握运动载荷施加方法。7.4.1压气机动力强度协同分析1.动力仿真2.强度校核分析思路：将压气机机构仿真确定的连杆上作用的力作为连杆应力分析的载荷。即，首先用Solidworksmotion对活塞式压气机进行机构仿真分析，然后用SolidworksSimulation对其进行应力计算。1.动力仿真仿真过程:添驱动设时间做运动加阻力看反力连杆小头活塞销处作用力变化可见：0.52s时力最大，为3550N2.强度校核小结将运动仿真结果作为强度分析的载荷作业上机练习运动强度协调分析。机电工程学院商跃进欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场耦合7.4耦合场分析7.4.1压气机动力强度协同分析7.4.2踏面制动车轮热机耦合分析7.4.3动车组车体流固耦合分析一个场的响应是另一个场的激励!学习目标掌握热分析步骤。掌握热效应施加方法。7.4.2踏面制动车轮热机耦合分析1.温度场分析2.热应力分析分析思路：将温度场分析得到的温度分布，作为热应力分析的热载荷计算热应力分布。1.温度场分析

打开“车轮热机耦合分析-模型.sldprt”

边界条件：踏面：热流量288.8kW/m2敞开面：对流，环境温度200C，空气对流换热系数100W/m2.K。2.热应力分析

边界条件：轮毂孔固定热力场效应小结将热分析的结果作为热应力分析的热力效应作业上机练习热机耦合分析。欢迎学习计算机三维辅助设计结构强度分析结构强度分析是零件安全工作的保护神。7.1快速入门7.2应用实践7.3优化设计7.4多场耦合7.4耦合场分析7.4.1压气机动力强度协同分析7.4.2踏面制动车轮热机耦合分析7.4.3动车组车体流固耦合分析一个场的响应是另一个场的激励!学习目标进行CFD分析：掌握CFD分析的步骤进行流固耦合分析：掌握流动效应施加方法。7.4.3动车组车体流固耦合分析

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