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SW-Simulation基础教程;内 容 提 要;;Simulation
机械设计验证
;;Simulation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。
;SW-Simulation 发展历程 ;内 容 提 要;什么是 FEA?
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
;例子: 一条从家到邮局的路– 每隔一个距离选取一个单元;有限元分析概述;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,雷尼克夫(Hrenikoff)首次提出用框架方法求解力学问题,但这种方法仅限于用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域上的分片连续函数和最小位能原理相结合,来求解扭转问题。
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。 ;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;物理实验
金相检查
各种仪器 (昂贵) 检测
重新设计重新试验
;传统设计方式
按比例试验
样机
重新设计重新试验;内 容 提 要;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节点构成;
我们把模型切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。;
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;决定一个物体的位置所需独立坐标的数目,叫做这个物体的自由度 。
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;单元/节点定义;有限单元;有限单元;壳单元
;有限单元;;在FEA中使用直接位移法求解;结构分析基础;平衡方程;变形协调方程;应力应变关系;边界条件;自由物体有六个自由度( RIGID BODY MODES)
一个 (RBM) 是一个可能的运动 ,存在有可能的运动
的方向不能有变形;约束应按以下原则施加:
约束条件忠实地反映实际工况
刚体六个运动自由度必须被约束掉
;Chapter 1
Background and Theory;所有的移动和转动都被约束;所有的转动被约束仅允许一个
移动自由度;所有移动被消除,
所有转动被允许;施加在物体外表面的力 称为外力
如集中力和压力
施加在物体内部的力 称为体力
如重力,离心力,温度应力;
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。
;
应力图解
位移图解
应变图解
安全系数
计算公式=
不同材料
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