SolidWorks-Simulation-Professional-培训课程.pptx

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SolidWorksSimulationProfessional课程,SWSimulationProfessional:

六种类型的算例,SolidWorksSimulation简介,什么是Simulation?

Simulation是一种基于有限元分析技术（FEA）的设计分析软件。

它是第一款为Windows操作系统开发的分析软件，与SolidWorks充分集成，已经成为工程师喜爱的工具软件。

SimulationExpress:

对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。

SimulationDesigner:

对零件或装配件的静态分析；SimulationProfessional:

对零件或装配件的静态、热传导、扭曲、频率、掉落、优化及疲劳分析。

SimulationPremium:

上述功能加上非线性和高级动力学。

Simulation分析步骤1、预处理：

定义分析类型、材料属性、载荷及约束，并将模型划分为有限单元；2、求解：

计算所需要的结果；3、后处理：

分析结果及生成报告,Simulation的单元类型1、一阶实体四面体单元；2、二阶实体四面体单元；3、一阶三角形壳单元4、二阶三角形壳单元5、横梁单元。

SolidWorksSimulation简介,SimulationDesigner和SimulationProfessional的使用限制1、材料是线性的应力与应变成线性比例关系2、小变形相对结构的整体尺寸来说很小，真正的决定因素是变形是否显著地改变了结构的刚度。

SimulationDesigner具有分析大位移的能力，但对于真正的大变形结构，必须使用其它工具，如SimulationPremium.3、静态载荷所有的载荷和约束一样，假设不随时间改变。

这个条件意味着加载过程缓慢以至可以忽略惯性效应。

Lesson1,零件的固有频率,Lesson1:

主题,固有频率-理论无约束结构有约束结构有约束有载荷结构,频率分析,静力分析中，节点位移是主要的未知量。

Kd=F中，K为刚度矩阵，d为节点位移未知量，F为节点载荷的已知量。

每种结构都有他固有的振动频率，称之为共振频率。

这样的频率都和特定形式的振动联系在一起。

当某种结构的共振频率被激活时，将表现出一种振动的形态，称之为振动模态。

频率分析,0,0,其中M为质量矩阵，C为阻尼矩阵，K为刚度矩阵；式一为：

有阻尼交迫振动方程，式二为：

自由振动方程,如果外载荷随时间变化的非常慢，会怎样？

如果外载荷的频率明显的比结构的第一自然频率低的话，静态假设成立。

如果不低，就需要一个动态分析去检验结构是否共振,频率分析,现实中，几乎每种结构体都有无数的固有频率及相应的振动模式，然而在动态载荷结构的反应中，只是最基础的几个模式是重要的。

在这几个低频中，其振幅一般较大，而高阶频率所对应的模式中，振幅都比较小。

同时一般在机械结构中很难出现“高频”。

频率分析就是计算这些共振频率及它们对应的振动模式。

频率分析,在频率分析中可以用“对称”约束吗?

不推荐.对称约束会忽略一些振动模式.频率分析我们得到了什么?

频率值和变形模式没有真正的位移只有模态,音叉的设计目的在于产生一个低音A（440Hz）边界条件是什么?

载荷如何影响固有频率,Lesson1:

说明,Lesson1:

结果有约束,模式形状（只有形状，没有变形大小）,Lesson1:

结果无约束,注意：

对刚体模式的频率分析，必须使用FFEPlus解算器，DirectSparse求解器会报错,Lesson1:

结果加载荷,注意：

对于预加载的频率分析，必须使用DirectSparse（稀疏解算器），FFEPlus求解器会报错,Lesson1:

结果有/无约束,频率分析有/无约束的比较,同一个模型表现出两种不同情况,刚体模式（没有约束）,Lesson1:

结果有载荷,外载荷对自然频率的影响压力减小（拉力增大）共振频率例如:

拉紧琴弦声调提高，频率升高载荷导致刚度改变，仅影响自然频率大小，模式形态与模型相关，不会随预应力而变化直接积分解算器DirectSparse不适用于刚体模式预载荷的频率分析必须用DirectSparse解算器,Exercise2:

风扇频率分析,1、不加载荷的频率分析2、带离心力的频率分析3、考虑不同离心力（转速）下的频率走势,Exercise2:

风扇频率分析,1、不加载荷的频率分析：

固定内孔,Exercise2:

风扇频率分析,2、带离心力的频率分析：

固定内孔，转速3000rpm/min,Exercise2:

风扇频率分析,3、考虑不同离心力（转速）下的频率走势：

固定内孔，转速3000rpm/min、6000、9000、12000、15000。

求解频率并绘制图表,Exercise2:

风扇频率分析,3、考虑不同离心力（转速）下的频率走势：

固定内孔，转速3000rpm/min、6000、9000、12000、15000。

求解频率并绘制图表,Exercise2:

风扇频率分析,Lesson2,装配体的固有频率,Lesson2主题,远程质量代替真实部件频率分析的准确性依赖于装配体的质量用恰当的质量和惯性力作为远程“质点质量”代替发动机频率分析的接触设置结合或自由,Lesson2:

无穿透,频率分析不允许无穿透约束频率分析需要恒定的质量和刚度对于无穿透接触模型，变形量决定刚度请看下面的例子：

Lesson2:

刚度假设,准确的刚度很难得到（由于接触）简化要求较柔性全局允许贯通较刚性结合,允许穿透+连接,全部接触为结合,较柔性方案,较刚性方案,Lesson2:

刚度假设,图示的上下滑轨为相切（零接触），必须手动定义相应的面为结合，否则没有约束，发生刚体模式（自由平动），结果错误，或运算停止,全部接触为结合,Lesson2:

远程质量,全部惯性力施加到质量中心承载面在质点和模型其他部分之间对力等效真实的安装位置点,承载面,Lesson2:

结果,全部结合,结合和自由（连接点）,Lesson2:

结果,结合和自由-自做,全部结合-原算例,全部结合-自做,结合和自由-原算例,Lesson3,屈曲分析,Lesson3:

屈曲现象,屈曲是指在压力作用下突然的大变形屈曲分析包括：

线性屈曲和非线性屈曲分析。

线弹性失稳分析又称特征值屈曲分析压曲临界载荷系数（BLF,l）屈曲分析为线性分析，对于结果应该谨慎,Lesson3:

主题,混合网格壳、梁、及固体结合接触的混合网格静态算例复习应力屈曲算例线性对非线性屈曲,Lesson3:

屈曲载荷系数（BLF,l）,Lesson3:

机箱屈曲,机架是用地脚螺栓和地面进行固定的。

先发生屈服还是先发生失稳？

Lesson3:

结果屈服强度,VonMises应力梁,VonMises应力壳，实体,svonMises,max=37MPa,svonMises,max=86MPa,安全系数屈服=2.3,安全系数屈服=5.3,Lesson3:

结果屈曲载荷系数,安全系数屈曲=4.3,l1=lmin=4.3,Lesson3:

结果屈曲模式（形状）,屈曲模式形状#1,先屈服还是先失稳？

应力安全系数小于扭曲安全系数，但是应力安全系数是保守的，他描述的是结构第一次产生屈服时的载荷情况；扭曲安全系数是非保守的。

结构在扭曲前就可能已经屈服。

屈服改变了几何结构，降低了扭曲载荷，最终机箱是在材料屈服和扭曲的共同作用下破坏的。

问题：

这个机箱是在第一阶模态下失效吗？

安全系数屈服=2.3安全系数屈曲=4.3,Lesson4,热分析,热分析与静力分析比较,热分析热传递的方式,热传递的三种方式传导对流辐射,热分析传导,热流量=-热导率*面积*温度梯度,传导=热冷/,热传送介质的热导率温度梯度：

热冷热传导通过的面积A,材料热导率典型值,热分析对流,热流=对流系数*面积*温差,对流=,对流系数h表面积A表面积与周围气体的温差（热冷）,对流分为：

自然对流和强制对流,对流系数典型值,Lesson4:

主题,说明,边界条件芯片产生25W的热量；插接脚是隔热的；强制空气对流：

芯片对流系数100W/（m2K），散热片对流系数250W/（m2K），芯片与散热片用胶水粘接，热阻为2.857e-006（Km2）/W四个算例稳态热传导瞬态热分析（阶梯热载荷）模拟300秒的温度时间历史。

热载荷在0时刻加载完毕，并保持。

瞬态热分析（变化热载荷）模拟300秒的温度时间历史，热源首次启动时开始计时，30秒后达到最大值，在随后的30秒内有逐步减小为0。

瞬态热分析（恒温器控制的热载荷）模拟从热源启动开始计时300秒的温度时间历史，但是在本例中，热源被恒温器控制，以保证芯片不会过热。

Lesson4:

热阻,两个固体在一起的表面，不可能完全接触。

因为他们表面都存在表面粗糙度，所以在接触表面之间有一层薄薄的空气间隙。

热阻取决于：

平面度表面粗糙度接触面所受正压力接触面材料（油脂、合成橡胶、粘接剂等等）,Lesson4:

结果算例1,稳态热分析,稳态tmax接近190oC.,引脚末端温度158oC,Lesson4:

结果算例2,瞬态热分析,图表采样点,稳态温度为158oC,Lesson4:

结果算例3,瞬态热分析热功率打开然后关闭,打开（关闭）检测点（选择顶点）的热功率或热流量条件。

得到的结果将少量超出目标温度,Lesson4:

恒温器,瞬态温度算例恒温器,Lesson4:

结果算例4,监测点,约束温度范围,Lesson5,热分析-辐射,热分析辐射,热辐射就是在一定温度下，物体的热能通过电磁波的形式向外发射的过程。

黑体：

即物体全部吸收投射来的各种波长的热辐射能白体：

即表示全部反射辐射能。

如磨光的铜，反射率可达0.97透热体：

物体对投射来的热辐射既不吸收也不反射，而是全部透过。

各种类型的辐射从表面向外辐射,斯特藩-玻耳兹曼常量，其值为5.67E-8W/m2K4,辐射表面的发射率（材料的辐射率在01之间）剖光铝：

0.04-0.06商用铜：

0.07剖光钢：

0.52-0.56钢（粗糙表面）：

0.95-0.98瓷器：

0.92,表面温度,环境温度,辐射=44,发射率（又称热辐射率、黑度）：

物体通过表面向外辐射的电磁能与同温度的黑体在相同条件下所辐射的电磁能的比值，因此也叫“比辐射率”。

其值在0与1之间变化的，用来衡量物体辐射能力强弱的数值。

辐射类型表面到表面,两个面之间的热辐射传热取决于：

如果相对的话取决于面的形状面的相对方向两个面的距离,热辐射影响因素一小部分热量离开面1到面2，完全决定于几何形状（物体2上的一小部分可见光来自物体1的表面）辐射方程中的乘数辐射率取值在0到1之间凹面可以自己辐射到自己。

平面和凸面不能辐射到自己。

凹面和凸面的效果是自动的。

Lesson5:

主题,要点,稳态辐射传热对流施加于所有的外表面灯泡、灯泡表面、玻璃罩和外部环境之间的辐射灯泡100瓦问题描述：

玻璃罩上的接触温度是多少？

Lesson5:

辐射条件,在一些面上的辐射是否可以忽略（玻璃罩外表面）?

灯泡,外壳,玻璃罩内表面,玻璃罩外表面,灯泡：

发射率：

0.7环境温度：

25外壳内表面：

发射率：

0.1环境温度：

25外壳外表面：

对流系数：

50W/（m2K）环境温度：

315K（41）,Lesson5:

结果,温度分布,Lesson6,热应力分析,Lesson3主题,2D简化轴对称热算例，温度静态算例变形，应力3D结果网格考虑,热应力：

芯片装配,目的温度分布情况变形情况,条件装配体初始温度298K25，芯片产生5.26W热量，垫圈表面保持336.5K63恒温。

对流系数294W/（m2K）；各个接触表面用胶水粘接，假设热传导都是理想的，即热阻可以忽略；垫圈和底座用螺栓连接，用螺钉连接，材料合金钢，六角头直接10mm，螺杆直径6.35mm，铰制孔用螺栓，预紧力90N。

热应力：

结果,温度分布,热应力：

结果,位移,vonMises