本研究旨在探討有限元分析方法以及基于SolidWorks Simulation 的有限元分析方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的實(shí)際應(yīng)用。首先詳細(xì)分析了基于SolidWorks Simulation 的有限元分析方法的具體過程，然后通過實(shí)例詳細(xì)探討了SolidWorks Simulation的基本功能及其使用方法，包括SimulationXPress 應(yīng)力分析、Simulation 結(jié)構(gòu)有限元分析以及Simulation 優(yōu)化分析的應(yīng)用方法。實(shí)例證明，基于SolidWorks Simulation 的有限元分析方法應(yīng)用于實(shí)踐中有助于提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率。

　　有限元法( Finite Element Method，F(xiàn)EM) 是將連續(xù)體離散化，通過對有限個(gè)單元作分片插值求解各種力學(xué)、物理問題的一種數(shù)值方法。有限元法把連續(xù)體離散成有限個(gè)單元，每個(gè)單元的場函數(shù)是只包含有限個(gè)待定節(jié)點(diǎn)參量的簡單場函數(shù)，這些單元場函數(shù)的集合就能近似代表整個(gè)連續(xù)體的場函數(shù)。根據(jù)能量方程或加權(quán)參量方程可建立有限個(gè)待定參量的代數(shù)方程組，求解此離散方程組就得到有限元法的數(shù)值解。有限元法已被用于求解線性和非線性問題，并建立了各種有限元模型，如協(xié)調(diào)、不協(xié)調(diào)、混合、雜交、擬協(xié)調(diào)元等。有限元法十分有效、通用性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛，已有許多大型或?qū)Ｓ贸绦蛳到y(tǒng)供工程設(shè)計(jì)使用。結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，有限元法也被用于計(jì)算機(jī)輔助制造中。

　　Simulation 是SolidWorks 公司開發(fā)的一種功能強(qiáng)大的有限元分析工具軟件。它作為嵌入式分析軟件與SolidWorks 無縫集成，成為了頂級的銷量產(chǎn)品。運(yùn)用SolidWorks Simulation，一般的工程技術(shù)人員就可以進(jìn)行產(chǎn)品分析，并快速得到相應(yīng)的計(jì)算、分析結(jié)果，從而極大地縮短了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，降低了試驗(yàn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，并最終獲得更大的利潤。Solid-Works Simulation 能夠提供豐富的計(jì)算與分析工具來對較復(fù)雜零件及裝配體進(jìn)行運(yùn)算、測試和分析，其主要功能包括應(yīng)力計(jì)算與分析、應(yīng)變計(jì)算與分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及優(yōu)化、線性與非線性分析等。

　　1、SolidWorks Simulation 有限元分析過程

　　有限元法的基本思路即，先把一個(gè)原來是連續(xù)的物體剖分成有限個(gè)單元，且它們相互連接在有限個(gè)節(jié)點(diǎn)上，承受等效的節(jié)點(diǎn)載荷，并根據(jù)平衡條件來進(jìn)行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合起來，成為一個(gè)組合體，再綜合求解。無論什么類型的有限元分析，其基本的求解步驟是相同的，不同的只是推導(dǎo)公式或運(yùn)算過程的差別。

　　1. 1、有限元分析方法的基本過程

　�、贁�(shù)學(xué)模型的建立。進(jìn)行零件分析，首先會(huì)利用SolidWorks 進(jìn)行零件實(shí)體建模，即構(gòu)建零件的幾何模型。然后，SolidWorks Simulation 需要對幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，即將該幾何模型劃分為適度小的有限單元。為此，通常情況下，該幾何模型都需要被修改，以達(dá)到上述有限元網(wǎng)格劃分的需要。

　�、谟邢拊�計(jì)算模型建立。有限元建模的總則是根據(jù)工程分析的精度要求，建立合適的、能模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的有限元模型。數(shù)學(xué)模型建立后，將使用連續(xù)體離散化方法，將模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。這時(shí)，零件實(shí)體幾何模

　　型就被圖形處理為網(wǎng)格模型。此外，模型網(wǎng)格化處理時(shí)，其上施加的載荷也相應(yīng)的被離散化處理，然后施加到有限元網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上。

　�、塾邢拊�計(jì)算模型的求解。有限元計(jì)算模型建立后，使用SolidWorks Simulation 求解器得到作序數(shù)據(jù)。

　�、芙Y(jié)果分析。結(jié)果分析非常重要，也很困難。

　　SolidWorks Simulation 分析工具提供了非常詳實(shí)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以表示為各種格式。因此，必須熟悉并理解各種假設(shè)、約定以及前三步中產(chǎn)生的誤差，才能正確解釋結(jié)果。

　　1. 2、SolidWorks Simulation 的使用過程

　　上文闡述了SolidWorks Simulation 的基本過程，在SolidWorks Simulation 的實(shí)際應(yīng)用中，一般會(huì)遵循如下過程: 算例創(chuàng)建→材料使用→約束添加→載荷施加→網(wǎng)格劃分→運(yùn)算分析→結(jié)果分析。

　　結(jié)束語

　　SolidWorks Simulation 為了體現(xiàn)設(shè)計(jì)仿真一體化的解決方案，在無縫集成界面做了創(chuàng)造性的改變，將仿真界面、仿真流程無縫融入到SolidWorks 的設(shè)計(jì)過程中。文中通過幾個(gè)簡單實(shí)例研究、分析了SolidWorksSimulation 的一些基本功能及其使用方法。SolidWorksSimulation 的功能非常強(qiáng)大，工程應(yīng)用中，用戶可以使用SolidWorks Simulation 軟件對SolidWorks 構(gòu)建的零件和裝配體進(jìn)行高性能的應(yīng)力分析和優(yōu)化分析。