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多学科仿真解决方案 SOLIDWORKS Simulation

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SOLIDWORKS Simulation 让每个设计师和工程师都能利用快速、易用的 SOLIDWORKS Simulation CAD 嵌入式分析解决方案来模拟并分析设计性能。在使用可减少对成本高昂的样机的需求、消除返工和延迟、以及节省时间和开发成本的 功能进行设计的同时,您可以快速轻松地利用高级仿真技术来优化性能。


应力有限元分析

SOLIDWORKS Simulation 使用有限元方法的位移公式在内部和外部载荷下计算零部件的位移、应变和应力。对金属零部件的分析可分为线性或非线性应力分析:

1. 如果您想确保几何体保持在线弹性范围内(即,载荷一旦消除,组件将恢复到其原始形状),那么只要相对几何体而言旋转和位移较小,您就可以考虑采用线性应力分析。对于此类分析,通常将安全系数 (FoS) 作为设计目标。

2. 在评估后屈服载荷循环对几何体产生的效应时,应执行非线性应力分析。在这种情况下,应变硬化对残余应力和永久变形(变形)产生的影响应该是关注的重点。由于其复杂载荷变形关系,应使用非线性应力分析来分析非金属零部件(如塑料或橡胶零件)。


利用 SOLIDWORKS Simulation,可以在四面单元(一阶和二阶)、三角单元(一阶和二阶)、横梁单元和桁架单元中网格化 CAD 几何体。通过使用四面体单元 (3D)、三角形单元 (2D) 和横梁单元来离散被分析的几何体,并通过直接稀疏求解器或迭代求解器对其进行解算。由于 SOLIDWORKS Simulation 紧密集成在 SOLIDWORKS 3D CAD 中,几何体的拓扑用于网格类型:为钣金模型和曲面实体自动生成壳网格;为结构构件自动定义横粱单元。SOLIDWORKS Simulation 还提供了针对平面应力、平面应变、拉伸和轴对称选项的 2D 简化假设。对于壳体网格划分,SOLIDWORKS Simulation 提供了一个称作 Shell Manager 的效率工具来管理零件或装配体文档的多壳体定义。它将工作流程改进为根据类型、厚度或材料来组织壳体,并允许更好地可视化和验证壳体属性。SOLIDWORKS Simulation 可使用 h 或 p 自适应单元类型,该自适应方法可确保解算会收敛,这将为设计师和工程师带来巨大优势。


由于以下操作载荷,SOLIDWORKS Simulation 使用 FEA 方法来计算产品中的位移和应力:

  • 压强

  • 加速度

  • 温度

  • 零部件之间的接触

  • 可从热力、流体和运动模拟算例中导入负载来执行多物理学分析。

结构优化

SolidWorks Simulation 使用目标驱动的设计方法简化结构优化,通过参数化方式更改设计,使其达到定义的结构目标。在设计开始时就指定设计目标,以便:

  • 在设计过程中如果不符合目标,让 SolidWorks 软件提醒您

  • 在设计算例中使用目标,使 SolidWorks Simulation 自动更改允许的模型尺寸,在最大限度或最小限度内遵守设计目标

  • 结构优化使用多个约束来限制优化过程的范围,确保任何设计算例优化都符合主要设计目标,不违反配套设计要求。


动力学分析

Solidworks动态分析可以结合频率、冲击和跌落测试。动态分析中的主要未知情况是零部件在一段时间内的位移,但通过此计算,也可以与自然振动模式一起确定应力、速度和加速度。SolidWorks Simulation 使用以下两种方法之一进行动态分析:

1. 线性模态分析确定自然振动模式,然后确定位移、应力、应变、速度和加速度。

2. 非线性动态分析在给定应用的载荷和初始零部件速度的情况下,计算每个时间步长的位移域。从此域中,可以计算非线性应力、应变、速度和加速度。

   

流体力学分析

SolidWorks Flow Simulation 提供了各种物理模型和流体流动功能,因此您能够在下面各种应用情形中更深入地洞察对您的设计成功至关重要的产品行为:

  • 传热液流和气流

  • 外部与内部流体流动

  • 层式、湍流和过渡流

  • 时间相关的流体流动

  • 亚音速、跨音速和超音速型态

  • 气体混合、液体混合

  • 共轭热传导

  • 实体中的传热

  • 不可压缩和可压缩液体

  • 可压缩气体

  • 真实气体

  • 水蒸气(水汽)

  • 非牛顿液体(用于仿真血液、蜂蜜、熔化的塑料)


疲劳分析

疲劳是周期性载荷导致出现的零部件失效过程,并且零部件中的名义应力通常是弹性的 —— 低于材料屈服点。疲劳过程由启动、延伸和断裂构成;导致零部件失效的裂缝产生和生长的时间是零部件材料强度和应力场的函数。可基于静态算例结果以及来自线性动力谐波和线性动力随机振动算例的频域事件来执行疲劳分析。

借助 SOLIDWORKS Simulation 的金属疲劳分析使用应力寿命方法来预测以下条件下的金属零部件高周期性疲劳寿命:这些零部件上施加有可变振幅载荷(雨流法计数)或恒定振幅载荷(累积损坏理论— Miner 法则)。在设计时使用这些结果来验证您的产品,以便:

  • 快速有效地调整设计以达到所需的产品寿命

  • 制定推荐的维护计划,包括零件替换

  • 最大程度地减少失效、降低保修成本和最大程度地延长产品寿命

定义材料强度并以“应力—循环次数—失效”(S-N) 曲线的形式绘制数据。SOLIDWORKS CAD 材料数据库中预填充了信息(包括材料 S-N 曲线)且由 SOLIDWORKS Simulation 分析。您可以轻松自定义该数据库以包括您自己的特殊材料要求。疲劳分析可提供以下方面的分析结果:

  • 生命图解 - 显示导致在每个位置发生疲劳失效的循环数(对于恒定高低幅度事件研究)或块数(对于可变高低幅度研究)

  • 破坏图解 - 显示由定义的疲劳事件使用的结构生命的百分比

  • 安全系数 (FoS) 图解 - 显示每个位置疲劳失效的载荷安全系数

  • 双轴性指示符 - 绘制较小交替主要应力(忽略最接近零的交替主要应力)与较大交替主要应力的比率

  • 矩阵图表 – 适用于可变高低幅度算例


热和热力结构分析

热结构分析是用于计算固体结构中温度分布的有限元方法应用,而温度分布是由于设计中的热输入(热载荷)、输出(热损失)和热障碍(热接触阻抗)造成的。热结构分析通过仿真计算热传导、对流和辐射,解决共轭热传导问题。在热结构分析中,应用两种传热方法(对流和辐射)作为边界条件。对流(由表面薄膜系数设置)和辐射(表面发射率)都可以与环境交换热能,但只有辐射能够在装配体中不相连接的实体之间传递热能。

  • 辐射 — 为了计算热离开一个零部件并被流体传递到另一零部件的影响,必须执行 SolidWorks Simulation 热流体分析,因为必须计算流体的影响。

  • 对流 — 因为 SolidWorks Simulation 只需从 SolidWorks Flow Simulation 导入准确的薄膜系数来计算更准确的热结构分析,所以克服了确定复杂几何体的准确对流表面薄膜系数的困难。

SolidWorks Simulation 可以计算由于以下原因形成的稳态或瞬态温度域:

  • 应用了固定或初始温度

  • 热量/流量输出或输出

  • 表面对流速率

  • 辐射 — 从系统中消除热

  • 零部件之间的热接触阻力

  • 在计算温度域之后,即可轻松计算热应力,从而确保正确的产品性能和安全。

塑料和橡胶零件分析

SOLIDWORKS  Plastics 直接为塑料零件和注塑模具的设计者提供了易于使用的注塑模流仿真功能。它可以对注塑模具流程中熔化塑料的流动进行仿真,帮助预测零件和模具上与制造相关的缺陷。您可以在设计期间迅速评估设计的可制造性,消除成本高昂的模具返工,提高零件治理,同时缩短产品上市时间。Results Adviser 可提供故障排除步骤和切实的设计建议,帮助诊断并解决潜在的问题。SOLIDWORKS Plastics 注塑成型仿真可以对注塑成型过程中熔化塑料的流动进行预测,这种制造方法用于生产 80% 以上的塑料产品。预测塑料将如何流动的功能可使设计人员预测到与制造相关的缺陷。此外,SOLIDWORKS Plastics 还能够预测零件翘曲和优化模具冷却。用户可以更改零件或模具几何体、工艺条件或塑料材料来消除或最大限度地减少潜在缺陷,从而节省能源、自然资源、时间和资金。