Simulation基础教程（1）：Simulation简介

摘要

本文概述了SolidWorks Simulation软件及其基于有限元分析（FEA）的不同程序包，以及进行FEA分析的基本步骤。介绍了在建立数学模型时如何修改CAD几何模型以满足网格划分要求的方法，包括特征消隐、理想化和清除。随后，文章详细描述了Simulation中的单元类型，包括一阶和二阶实体四面体单元，以及一阶和二阶三角形壳单元，强调了它们在不同分析目的中的应用。

正文

一、SOLIDWORKSSimulation概述

• SolidWorksSimulation是一款基于有限元技术的设计分析软件。

• SolidWorksSimulation有不同的程序包或应用软件以适应不同用户的需要。不同程序包的主要功能如下:

①SolidWorksSimultionXpress：对带有简单载荷和支撑的零件进行静态分析。

②SolidWorksSimulation：对零件和装配体进行静力分析。

③SolidWorksSimulation Proessional：进行零件和装配体的静态、热传导、扭曲、频率、跌落测试、优化和疲劳分析。

④SolidWorksSimulation Premium：具有SolidWorks SimulationProfessional的所有功能，外加非线性功能和动力学分析。

二、有限元分析概述

• FEA（有限单元法）是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法。

• FEA不是唯一的数值分析工具，在工程领域还有其他的数值方法，如有限差分法、边界元法和有限体积法。

• 应用FEA软件分析问题时，有以下三个基本步骤：

①预处理：定义分析类型(静态、热传导、频率等)，添加材料属性，施加载荷和约束，网格划分。

②求解：计算所需结果。

③后处理：分析结果。

三、建立数学模型

通常情况下，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的要求。这种修改可以采取特征消隐、理想化或清除的方法:

①特征消隐：合并或消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。

②理想化：是更具有积极意义的工作，它可能会偏离CAD几何模型原型，比如将一个薄壁模型用一平面来代替。

③清除：清除有时是必须的，因为可划分网格的几何模型必须满足比实体建模更高的要求。

四、建立有限元模型

五、Simulation单元类型

• 一阶实体四面体单元

• 每个一阶实体四面体单元都有4个节点，分别对应四面体的4个角点。
• 每个节点有3个自由度，意味着节点位移可完全由3个位移分量来表示。

• 二阶实体四面体单元
• 每个二阶实体四面体单元有10个节点(4个角点和6个中间节点)。
• 每个节点有3个自由度。

• 一阶三角形壳单元

• 每个一阶壳单元有3个节点(分布在角点上)。
• 每个节点有6个自由度，这意味着它的位移可完全由3个平移分量和3个转动分量描述。

• 二阶三角形壳单元

• 每个二阶壳单元有6个节点:3个角点和3个中间节点。

• 某些类型的形状既可以使用实体单元也可以使用壳单元。
• 选择四面体实体或三角形壳，取决于分析的目的。
• 通常情况下，几何体的形状决定了所使用的单元类型。