SOLIDWORKS SIMULATION 简介

SOLIDWORKS Simulation 是一款基于有限元分析（FEA）技术的计算机辅助工程（CAE）工具。SOLIDWORKS Simulation 最初由美国结构研究与分析公司（SRAC）开发，其第一个版本于 1995 年发布。SRAC 与 SOLIDWORKS 合并并创建了 COSMOSWorks。SRAC 于 2001 年被 Dassault Systemes 收购。2008 年，COSMOSWorks 更名为 SOLIDWORKS Simulation。

SOLIDWORKS Simulation 与 SOLIDWORKS 完全集成，并通过与其他 CAD 应用程序（如 Creo Parametric、CATIA V5、NX、Solid Edge、Autodesk Inventor 等）直接交换文件来支持多 CAD 环境产品。当使用原生 CAD 格式时，它可以在不重新定义材料、载荷、约束或其他仿真数据的情况下进行迭代设计更改。您还可以导入通用文件格式的几何体，例如用于实体模型的 ACIS、IGES、STEP 和 STL，以及用于线框模型的 CDL、DXF 和 IGES。

目前，SOLIDWORKS Simulation 提供不同的软件包和求解器，接下来将进行讨论。

SOLIDWORKS Simulation Standard

SOLIDWORKS Simulation Standard 只能对装配体和零件执行静态和应力分析。它仅限于基本接触和连接。

SOLIDWORKS Simulation Professional

SOLIDWORKS Simulation Professional 涵盖了 SOLIDWORKS Simulation Standard 中讨论的分析部分。除此之外，在分析过程中还可以应用高级接触和连接。专业套件还可以执行频率、屈曲、热、跌落测试、疲劳和压力容器设计分析。

SOLIDWORKS Simulation Premium

SOLIDWORKS Simulation Premium 涵盖了 SOLIDWORKS Simulation Standard 和专业套件中可用的所有分析工具，以及用于非线性和动态仿真的工具。

注

请注意，这三款 SOLIDWORKS Simulation 软件包均不能作为独立软件运行。它们与 SOLIDWORKS 集成，在 PC 机上运行。
SOLIDWORKS 软件包附带一个名为 SimulationXpress 的仿真工具。但是，SimulationXpress 仅限于零件分析，并且只能应用简单的载荷和连接。

分析求解器

在 SOLIDWORKS Simulation 中，提供两个直接求解器和一个迭代求解器来求解方程组。在有限元分析中，一个问题由一组代数方程表示，必须求解这些方程才能找到解。求解方法有两类：直接法和迭代法。直接法使用精确的数值技术求解方程。迭代法使用近似技术求解方程，在每次迭代中假设一个解并评估相关误差。迭代持续进行，直到误差变得可接受。

Automatic

此求解器选项是静态、频率、屈曲和热算例的默认选项。

Direct Sparse

在多区域接触问题中，如果接触区域通过多次接触迭代找到，则首选 Direct Sparse 求解器。

FFEPlus

一般来说，FFEPlus 在求解自由度（DOF）超过 100,000 的问题时速度更快。随着问题规模增大，其效率会更高。

Large Problem Direct Sparse

Direct Sparse 求解器需要约 10 倍的内存，并且比 FFEPlus 求解器更快。它利用多核处理能力，提高静态和非线性算例的求解速度。请注意，它适用于静态和非线性算例。

使用 SOLIDWORKS Simulation 执行的分析类型

您可以使用 SOLIDWORKS Simulation 执行不同类型的分析。接下来将讨论其中几种。

静态分析

在静态分析中，载荷或场条件不随时间变化，因此假设载荷或场条件是逐渐施加的。当载荷施加到物体上时，物体会变形，载荷效应会传递到整个物体。外部载荷引起内力和反作用力，使物体处于平衡状态。线性静态分析用于计算平衡状态下施加的载荷作用下的位移、应变、应力和反作用力。它有助于避免因高应力集中而导致的失效。

动态分析

此类算例假设材料是线性的，载荷要么是时间相关的、频率相关的，要么由极限谱定义。此外，还包括质量和惯性效应，并且可以使用阻尼。SOLIDWORKS Simulation 中的选项包括跌落测试（也称为直接时间历程分析）、模态时间历程分析（模态叠加分析）、谐波分析（谐波响应分析）和随机振动分析（响应谱分析）。后三种分析类型需要先完成频率分析，以提供作为输入所需的特征值（固有频率）和特征向量（模态振型）。

热分析

热算例根据热生成、传导、对流和辐射条件计算温度、温度梯度和热流。热分析可以帮助您避免不良的热条件，例如过热和熔化。

频率分析

当结构承受的动态载荷频率与其某一固有频率重合时，结构会发生大位移和应力。这种现象称为共振。对于无阻尼系统，共振理论上会导致无限运动。然而，阻尼限制了结构因共振载荷产生的响应，并计算固有频率和相关的模态振型。

屈曲分析

屈曲是指由于轴向载荷引起的突然大位移。承受轴向载荷的细长结构可能在低于导致材料失效所需的载荷水平下因屈曲而失效。在不同载荷水平的作用下，屈曲可能以不同模式发生。屈曲算例有助于避免因屈曲导致的失效。通常，最低屈曲载荷是关注的对象，并且低于导致材料失效所需的载荷。

疲劳

疲劳算例基于大量疲劳事件（循环）评估物体的消耗寿命。即使引起的应力较低，重复加载也会在一段时间内削弱材料。可能导致失效的循环次数取决于材料和应力波动。数据由材料的 S-N 曲线提供，该曲线描述了不同应力水平下导致失效的循环次数。疲劳算例基于应力强度、von-Mises 应力或最大主应力的疲劳计算，确定物体相对于疲劳事件的消耗寿命。

压力容器设计

压力容器设计算例将多个静态算例的结果与所需的载荷系数相结合。此算例使用线性组合或平方和的平方根以代数方式组合结果。工程塑料长期以来一直用于压力容器应用。更轻的瓶体、浮球阀和喷漆容器是该领域成功开发的几个例子。

跌落测试

跌落测试算例评估物体跌落到刚性地面上的冲击。除了重力之外，您还可以在分析时指定跌落距离或速度。在此测试中，不允许其他载荷或约束。

非线性算例

非线性算例能够快速高效地分析一般条件下的应力和变形，以确保高质量、高性能和安全性。非线性应力分析计算最一般的载荷和材料条件下的应力和变形，例如动态（时间相关）载荷、大部件变形和非线性材料。

拓扑算例

在 SOLIDWORKS Simulation 中，拓扑算例允许您探索满足给定优化目标和几何约束的部件设计迭代。拓扑算例执行零件的非参数拓扑优化。它从最大设计空间开始，该空间表示部件在应用所有载荷、夹具和制造约束的情况下允许的最大尺寸。拓扑优化通过重新分配材料，在最大允许几何体的边界内寻找新的材料布局。优化后的部件满足所有所需的功能和制造要求。

启动 SOLIDWORKS Simulation

要启动 SOLIDWORKS Simulation，请单击菜单栏中 选项（Options） 按钮旁边的向下箭头来激活 SOLIDWORKS Simulation；将显示一个弹出菜单，如图 7-1 所示。接下来，从弹出菜单中选择 插件（Add-Ins） 选项；将显示 插件（Add-Ins） 对话框，如图 7-2 所示。您也可以通过从 工具（Tools） 菜单中选择 插件（Add-Ins） 选项来调用此对话框。在此对话框中，如果您选中插件名称右侧的复选框，则每次启动 SOLIDWORKS 时都会激活 SOLIDWORKS Simulation。如果您希望仅在需要分析时激活 SOLIDWORKS Simulation 程序，请在 插件（Add-Ins） 对话框中选中 SOLIDWORKS Simulation 左侧的复选框，然后选择 确定（OK） 按钮。

接下来，使用 新建 SOLIDWORKS 文档（New SOLIDWORKS Document） 对话框在 SOLIDWORKS 中启动一个新的零件文档；Simulation 菜单将添加到 SOLIDWORKS 菜单中，Simulation 选项卡将添加到 CommandManager 中，如图 7-3 所示。

要启动新算例，请单击 新建算例（New Study） 按钮下方的向下箭头；将显示一个下拉菜单。现在，从此下拉菜单中选择 新建算例（New Study） 选项；将显示 算例（Study） PropertyManager，如图 7-4 所示。接下来，选择您要执行的分析类型，然后从 算例（Study） PropertyManager 中选择 确定（OK） 按钮；将显示仿真树，如图 7-5 所示。