基于SolidWorks Simulation的产品设计有限元分析

　　本研究旨在探讨有限元分析方法以及基于SolidWorks Simulation 的有限元分析方法在产品设计过程中的实际应用。首先详细分析了基于SolidWorks Simulation 的有限元分析方法的具体过程，然后通过实例详细探讨了SolidWorks Simulation的基本功能及其使用方法，包括SimulationXPress 应力分析、Simulation 结构有限元分析以及Simulation 优化分析的应用方法。实例证明，基于SolidWorks Simulation 的有限元分析方法应用于实践中有助于提高产品设计的质量与效率。

　　有限元法( Finite Element Method，FEM) 是将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。有限元法把连续体离散成有限个单元，每个单元的场函数是只包含有限个待定节点参量的简单场函数，这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。根据能量方程或加权参量方程可建立有限个待定参量的代数方程组，求解此离散方程组就得到有限元法的数值解。有限元法已被用于求解线性和非线性问题，并建立了各种有限元模型，如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等。有限元法十分有效、通用性强、应用广泛，已有许多大型或专用程序系统供工程设计使用。结合计算机辅助设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。

　　Simulation 是SolidWorks 公司开发的一种功能强大的有限元分析工具软件。它作为嵌入式分析软件与SolidWorks 无缝集成，成为了顶级的销量产品。运用SolidWorks Simulation，一般的工程技术人员就可以进行产品分析，并快速得到相应的计算、分析结果，从而极大地缩短了新产品的设计周期，降低了试验成本，提高了产品质量，并最终获得更大的利润。Solid-Works Simulation 能够提供丰富的计算与分析工具来对较复杂零件及装配体进行运算、测试和分析，其主要功能包括应力计算与分析、应变计算与分析、产品设计及优化、线性与非线性分析等。

　　1、SolidWorks Simulation 有限元分析过程

　　有限元法的基本思路即，先把一个原来是连续的物体剖分成有限个单元，且它们相互连接在有限个节点上，承受等效的节点载荷，并根据平衡条件来进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，再综合求解。无论什么类型的有限元分析，其基本的求解步骤是相同的，不同的只是推导公式或运算过程的差别。

　　1. 1、有限元分析方法的基本过程

　　①数学模型的建立。进行零件分析，首先会利用SolidWorks 进行零件实体建模，即构建零件的几何模型。然后，SolidWorks Simulation 需要对几何模型进行网格划分，即将该几何模型划分为适度小的有限单元。为此，通常情况下，该几何模型都需要被修改，以达到上述有限元网格划分的需要。

　　②有限元计算模型建立。有限元建模的总则是根据工程分析的精度要求，建立合适的、能模拟实际结构的有限元模型。数学模型建立后，将使用连续体离散化方法，将模型进行网格划分。这时，零件实体几何模

　　型就被图形处理为网格模型。此外，模型网格化处理时，其上施加的载荷也相应的被离散化处理，然后施加到有限元网格节点上。

　　③有限元计算模型的求解。有限元计算模型建立后，使用SolidWorks Simulation 求解器得到作序数据。

　　④结果分析。结果分析非常重要，也很困难。

　　SolidWorks Simulation 分析工具提供了非常详实的数据，这些数据可以表示为各种格式。因此，必须熟悉并理解各种假设、约定以及前三步中产生的误差，才能正确解释结果。

　　1. 2、SolidWorks Simulation 的使用过程

　　上文阐述了SolidWorks Simulation 的基本过程，在SolidWorks Simulation 的实际应用中，一般会遵循如下过程: 算例创建→材料使用→约束添加→载荷施加→网格划分→运算分析→结果分析。

　　结束语

　　SolidWorks Simulation 为了体现设计仿真一体化的解决方案，在无缝集成界面做了创造性的改变，将仿真界面、仿真流程无缝融入到SolidWorks 的设计过程中。文中通过几个简单实例研究、分析了SolidWorksSimulation 的一些基本功能及其使用方法。SolidWorksSimulation 的功能非常强大，工程应用中，用户可以使用SolidWorks Simulation 软件对SolidWorks 构建的零件和装配体进行高性能的应力分析和优化分析。