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SOLIDWORKS MODSIM产品介绍(第一期):从线性分析开始

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结构力学仿真是机械行业最基础也是最重要的仿真类型。结构力学工况繁多,所以在3DEXPERIENCE平台架构上有非常多的结构力学角色供工程师使用。平台结构分析角色均是基于Abaqus求解器,具备非常强大的功能,今天我们主要来介绍平台力学分析中最基础的两个角色:


Structural Designer结构设计师(以下简称SRD)

Structural Engineer结构工程师(以下简称SLL)


Structural Designer(SRD)结构设计师


Structural Designer(SRD)结构设计师,是3DEXPERIENCE平台上的一个基础结构仿真角色,是一个直观的设计仿真解决方案,适用于结构工程师评估线性静态条件下的产品性能,指导设计过程。SRD支持以下类型的模拟:


线性静态分析

模态分析

屈曲分析

热-力耦合分析


     


下面对SRD中的四个功能及使用场景做简述:


○ 线性静态分析:


线性静态分析是一种基于线弹性理论的分析方法。它假设材料行为是线性的,即应力与应变之间存在线性关系,并且加载是静态的,即载荷是恒定的且不随时间变化。这种分析适用于小变形、小位移的结构,通常用于结构的初步设计和评估。通过线性静态分析可以得到结构在静态加载下的位移、应力等结果。线性静力分析是应用最广泛的一类分析类型,通过线性静态分析判断部件的最大应力是否小于材料的屈服极限,这在大多数工程场景中已经足够使用。


○ 模态分析:


模态分析是用来确定结构的振动特性(固有频率和振型)的技术,同时也是其他动力学分析的基础。模态分析的目的是使结构避免共振,或以特定的频率进行振动,通过模态分析,可以认识到结构对不同动力载荷的响应特性。模态分析重点关注固有频率和振型,它假设结构没有外载荷(如热、压力、温度、力等),结构是线性的,并且结构具有恒定的总体质量矩阵和总体刚度矩阵,并不随时间改变而改变。


○ 屈曲分析:


屈曲分析是一种失效模式计算,当结构受压应力时可能会发生。屈曲的特征是结构杆件突然侧向形变并导致结构失稳。屈曲分析的目的是获得构件的屈曲模态和临界载荷。从材料行为实际工况来看,屈曲分析又可以分为特征值屈曲分析(线性屈曲分析)和非线性屈曲分析。


○ 热-力耦合分析:


热-力耦合分析是一种多物理场分析方法,也是工程中非常常见的工况。它研究温度场(热场)和应力场(力学场)之间的相互作用,这种分析对于理解和预测在热环境中结构材料的行为至关重要,因为温度变化会导致材料膨胀或收缩,从而在结构内部产生应力。在SRD中通过温度场分析可以得到零件表面温度,再与力学分析结合可以得到零件的热应力及位移。

Structural Engineer(SLL)结构工程师


Structural Engineer(SLL)结构工程师,是3DEXPERIENCE平台上的一个结构仿真角色,其在SRD的基础上增加了谐波响应和模态动态分析。同时SLL也支持高级网格和高级单元,多分析步功能也可以在SLL中使用,帮助工程师更好的模拟真实工况。SLL支持以下类型的模拟:


线性静态分析

模态分析

屈曲分析

热-力耦合分析

谐波响应

模态动态分析

高级网格/高级单元

多分析步


     


下面对SLL中的增加功能及使用场景做简述:


○ 谐波响应分析:


谐波响应分析用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时的稳态响应。这种分析可以帮助设计人员预测结构的动力特性,并验证设计是否能克服共振、疲劳以及其他受迫振动引起的有害效果。谐波响应只计算结构的稳态受迫振动,不考虑激振开始时的瞬态振动,分析过程中,所有载荷以及结构的响应都以相同的频率变化(通常是正弦波形)。谐波响应常用于一些旋转设备(如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等)的支座、固定装置和部件或者一些受涡流影响的结构,例如涡轮叶片、飞机机翼、桥和塔等。


○ 模态动态分析:


模态动态分析是一种基于模态叠加法的分析技术,用于研究简谐激励作用下系统的稳态动态响应。在进行模态动态分析之前,必须先提取系统的无阻尼特征模态,然后通过变换使系统解耦,得到一组用模态坐标表示的单自由度运动方程。模态动态分析的优势是分析速度快,耗时较少,但是不适用于分析具有大阻尼特征的模型或具有粘弹材料(频变特性)的模型。


这两种分析方法在工程领域中非常重要,它们可以帮助工程师理解和预测结构在周期性载荷作用下的行为,从而优化设计,提高结构的可靠性和安全性。


○ 多分析步:


继承自Abaqus多分析步功能,多分析步的目的是将复杂的分析过程分解为多个分析步,便于管理和施加不同的载荷或边界条件。每个分析步可以有不同的分析类型,如静力、动力、热分析等。分析步有很好的灵活性,通过多分析步的功能,工程师可以模拟复杂的载荷历程,包括随时间变化的载荷、不同阶段的载荷组合以及考虑先前载荷历程对后续分析的影响。


除了本身的仿真功能以外,平台仿真角色能够与桌面CAD软件实时互联,通过将SOLIDWORKS的三维数据与平台仿真功能打通,实现MODSIM设计仿真一体化。


     

以上就是本期内容,下一期我们会介绍更加强大的非线性结构分析工具,敬请期待!

来源:三维机械设计工程师

Abaqus振动疲劳非线性SolidWorks理论材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-01-08
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SOLIDWORKS艾金米
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