SolidWorks Simulation有限元分析培训教程
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Von Mises 应力=
VON Mises应力是与坐标系无关
安全系数 = 材料的极限应力/模型中von Mises应力 主应力 – 在某一局部坐标系下，3个剪应力为零时3个
拉(压)应力称为主应力
Simulation中的失效准则汇总
准则 最大 von Mises 应力 最大抗剪应力 Mohr-Coulomb 应力
▪ SX、SY 以及 SZ 称为正应力。TXY、....、TZY 称为剪应力。
剪应力的关系如以下方程式所示：TXY = TYX、TXZ = TZX 和
TYZ = TZY。因此某点的应力状态要通过六个分量来完整定义。
FEA 结果解释 某一点的应力状态由6个分量定义：3个拉(压)应力和3 个剪应力-这些分量与局部坐标系相关
梁单元在每个端点处都有六个自由 度。
草稿品质（一阶）及高品质单元（二阶）
一阶单元：仅在对特定目标进行分析时使用，如 证实载荷或约束的方向。
二阶单元：准备用来作最后计算的算例均应该采 用高品质单元。
建立FEA 模型- 约束
描述所给的模型是如何与外 界相联系
固定一个面、线或点 允许滑动或转动
建立FEA 模型- 载荷
草实稿体尺品的寸质自网动均格试在验：：一0阶指.2单定1元网4~格0器.2自3动6使in用范一个围较内小的。整体单元大小再次对模型进 当行网网格格化。划整体分单失元大败小时和公，差提为每高次公尝试差所减可小能的比会率有为 0帮.8。助。
划分网格—基于曲率的网格
Simulation2009新功能，可以合理分配网格资源
注意变形大小并不是判断“小变形”或“大变形”的因素，真正的决定因素 是看变形是否显著地改变了结构的刚度（抵抗变形的能力）。
静态载荷
静态载荷
假设所有的载荷和约束，都不随时间改变。此限 制条件意味着加载过程必须十分缓慢以至可以 忽略惯性效应，快速施加的载荷将会引发附加 的位移、应力与应变。
1. 材料？ Simulation分析流程
求解误差是在计算过程中积累的，难于控制，但它们 通常都很小。
不要只根据该软件的结果进行设计决策。请结合试验数
据和实际经验来使用这些信息。最终设计必须接受现
场测试的检验。软件可通过减少、而不是完全免除现 场测试，来帮助您缩短投入市场的时间。
有限元网格中每个节点FE的A自计由算度构成
了未知量。
在结构分析中，节点的自由度可以 被看作节点的位移。位移是基本 的未知量，总是被最先计算。
最大正应力
材料类型 延性
延性（保守） 具有不同张力和压缩强
度的脆性材料（例如 陶瓷） 脆性
FEA 结果解释—应变 应变是指长度 δ L 的变化与原始长度 L 之比。应变是一个无
量纲的量。
应变= δ L /L。
Simulation静态分析的使用限制
Simulation静态分析在下列假设下进行 材料是线性的 小变形（结构响应） 静态载荷
SolidWorks Simulation 步骤
建立数学模型 建立有限元模型 求解有限元模型 结果分析
简化CAD几何模型的方建法立数学模型
特征消隐：合并或消除在分析中认为不重要的特征： 外圆角、圆边、标志等；
理想化 清除
通过离散化过程建，立将有数学限模元型模剖型分成有限单元，称
为网格划分。
网格– 用四边F形E或A中三角的形基对本CA概D几念
绪论 有限元简介
主要内容
SolidWorks Simulation概述 有限元分析概述
SolidWorks Simulation的使用限制
SiSmRACu创l立ation 发展历程——辉煌的历史
COSMOS/M – 第一款用 于 PC 的 FEA 软件
发布 COSMOS 2008
1982
1985
热分析中，基本的未知量是节点温 度。而温度是标量，因此对于每 个节点，只有一个未知量需要求 解。
FEA 结果解释—应力 当载荷应用到实体时，实体通过产生内部力（一般来讲 每个点都不一样）而尝试吸收其影响。这些内部力的强 度称为应力。应力单位为每单位面积的力。
应力分量
以一个受压条为例。P 点的应力状态可根据任意基准面 来描述。虽然合成应力总是相同，但应力分量的数值取 决于所选基准面。
第一个
SolidWorks 黄金合作伙伴
C
1995 1996 1997
2001 2002
C
2007
第一个 SolidWorks 合作伙伴,推出 CosmosWorks
与 SolidWorks
整合
SolidWorks
被 Dassault
Simulation 2009
Systemes
收购
SolidWorks Simulation 产品
FEA 结果解释—应力 应力要通过幅值、方向以及其作用的基准面来描述。某点的 应力状态可按以下分量予以完整描述：
SX：X 方向上的应力垂直于 YZ 基准面 SY：Y 方向上的应力垂直于 XZ 基准面 SZ：Z 方向上的应力垂直于 XY 基准面 TXY：Y 方向上的应力作用于垂直于 X 方向的基准面（YZ 基准面） TYX：X 方向上的应力作用于垂直于 Y 方向的基准面（XZ 基准面） TXZ：Z 方向上的应力作用于垂直于 X 方向的基准面（YZ 基准面） TZX：X 方向上的应力作用于垂直于 Z 方向的基准面（XY 基准面） TYZ：Z 方向上的应力作用于垂直于 Y 方向的基准面（XZ 基准面） TZY：Y 方向上的应力作用于垂直于 Z 方向的基准面（XY 基准面）
何外形的近似描述
单元– 网格中所存在的三角形(四面 体)或四边形(六面体)等
结点- 不同单元所联接在一起的点， 结点是求解未知量(通常是位移) 所需的点
Simulation中Simulation中的单元类型
三维单元有：一阶实体四面体单元和二阶实体四面体单元； 二维单元有：一阶三角形壳单元和二阶三角形壳单元； 一维单元有：梁单元
几何模型
材料
载荷
约束
不确定性对比
划分网格—标准网格
网格大小 缺省值是系统基于SolidWorks模型几何形状的形状 自动建立的。使用缺省值可以使离散化误差保持 在可接受的范围内，同时计算时间较短。
它是按包围一个单元的球体（实体单元）或圆 （壳单元）的直径来定义的。
公差表示了网格特征单元的尺寸范围，如单元大 高级小为0.225in，公差设定为0.011，则所有单元的
Simulation中的单元类型
二阶（高质量）三角形壳单元
有六个节点：三个角节点和三个 中间节点。意味着位移可由三个 平移和三个转动组成。
Simulation中的单元类型
梁单元示例
将框架划分成小的梁单元，并计算每一个单 元上的变形，从而解出整个零件的变形。
Simulation中的单元类型
两节点梁单元的形状在初始时为平 直的，但可以假定形状在变形发生 后为三次方的一个函数。
二阶（高质量）实体四面体单元
有十个节点（四个角点和六个中间 节点），并且每个节点又三个自由 度。
Simulation中的单元类型
壳单元示例
将面划分成小的三角形单元，并计算每一个 单元上的变形，从而解出整个零件的变形。
Simulation中的单元类型
一阶（草稿质量）三角形壳单元
有三个节点（分布在角上），并且 每个节点有六个自由度，意味着它 的位移可完全由三个平移分量和三 个转动分量描述。
线性分析 所有的材料用于Solidworks Simulation和Solidworks Simulation Professional的
材料，应力和应变成正比。
小变形
线性分析
任何结构在加载下均会变形。在Simulation中,我们假设变形很小。什么是 小变形的确切含义呢？通常的解释是变形相对于结构的整体尺寸来说很小。
定义约束
模型自主创建。
操作
从材料库中选择，不考虑缺陷和表面条件。
通过菜单操作，其选择包含了丰富的背景知识和假 设。
通过菜单操作，误差常来自过约束模型，其结果是 结构过于刚硬，并低估了实际变形量和应力值。
误差的影响
不确定性极少 相对模型，有更多的不 确定性
定义载荷时会产生较大 的理想化误差
易产生较大的误差
第8章 薄件分析 第9章 混合网格——壳体和实体 第10章 混合网格——实体、梁和壳 第11章 设计情形 第12章 热应力分析 第13章 自适应网格 第14章 大位移分析
3DS.COM/SOLIDWORKS © Dassault Systè mes | 机密信息 | 12/8/2019 | 参考： 3DS_Document_2012
Solidworks Simulation Premium-白金包
非线性
Solidworks Simulation Professional-专业包
静态分析
模态/屈曲
热分析
跌落测试
谐波响应
时间-历史 瞬态响应
随机振动
Motion
疲劳
优化
压力容器
复合材料
什么是Finite Element Analysis (FEA)
在高曲率区域中生成更多网格，在低曲率区域中生成 较少网格。 圆中最小单元数：此选项在单元大小介于最大值 最小值之间时有效。
作用于模型的外表面的载荷： – 作用在面、连线或点上的力 – 扭矩、力矩 – 压力
作用于整个模型的载荷: – 重力、离心力 – 热载
理想化误差
Leabharlann Baidu
FEA中的误差
创建数学模型
离散为有限元模型
数值误差
解算过程
离散化误差是FEA特有的，也只有这个误差能够在使用 FEA方法时被控制。影响数学模型的建模误差，是在 FEA之前引入的，只能通过正确的建模技术来控制。
CommandManager 页 面
分析库
分析树
算例页面
Simulation 算例顾问
项目描述
矩形带孔钢板
支撑及加载条 件
一侧固定支撑
一侧110000N
材料：AISI304
模型尺寸：长 200mm；宽 100mm，高 10mm，
孔直径为40mm
力学模型
预处理总结
要素名称
几何模型创建 材料属性
定义载荷
第1章 分析流程
全面了解 第1章 Simulation界面 学习目标
用实体网格运行一个线性静态分析-静态 • 几何外形 • 材料属性 • 载荷 • 约束
了解网格密度对位移和应力结果的影响
采用不同方法显示有限元计算结果
管理结果文件
获取有用的帮助
SolidWorks Simulation界面
Toolbar
有限元思想最早可以追溯到远古时代，在几个世 纪前就得到了应用。如用多边形（有个直线单 元）逼近圆来求圆的周长。
FEA不是唯一的数值分析工具，在工程领域还有 其它数值方法，如有限差分法、边界元法和有 限体积法（流体）。FEA占据了工程分析的软 件市场，而其它方法被归入小规模应用。
什么是FEA
例：如何用一根很短的尺子来测量从家到邮箱的小路的长度？
Steel 1040 2. 工作状况
压力 还是 力 螺栓联接 还是 焊接 3. Simulation中的模型 网格与求解 4. 设计合理吗 (查看结果) 安全系数 应力分布
3DS.COM/SOLIDWORKS © Dassault Systè mes | 机密信息 | 12/8/2019 | 参考： 3DS_Document_2012
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SolidWorks Simulation基础培训
SolidWorks Simulation培训目录
绪论 有限元简介 第1章 分析流程 第2章 网格控制、应力集中、边界条件 第3章 带接触的装配体分析 第4章 对称和自平衡装配体 第5章 带接头的装配体分析 第6章 兼容/不兼容网格 第7章 网格细化的装配体分析
Simulation中的单元类型
实体单元示例
将零件划分成小的四面体单元，并计算每一 个单元上的变形，从而解出整个零件的变形。
Simulation中的单元类型
一阶（草稿质量）四面体单元 共有四个节点，每个角上有一 个。每个节点有三个自由度， 意味着节点可完全由三个位移 分量来表示。
Simulation中的单元类型
弯曲的小路用分段小路来代替 用短尺分段测量小路
FEA 步骤
一般来讲，FEA软件通常有以下三个步骤:
预处理 分析的类型（例如，静态，热，频率），材料的性能， 载荷和约束被定义（建立数学模型），并且模型被分为有限的 单元（建立有限元模型）。
求解 用来计算所需的结果（求解有限元模型）。 后处理 用来对结果进行分析（分析结果）。
VON Mises应力是与坐标系无关
安全系数 = 材料的极限应力/模型中von Mises应力 主应力 – 在某一局部坐标系下，3个剪应力为零时3个
拉(压)应力称为主应力
Simulation中的失效准则汇总
准则 最大 von Mises 应力 最大抗剪应力 Mohr-Coulomb 应力
▪ SX、SY 以及 SZ 称为正应力。TXY、....、TZY 称为剪应力。
剪应力的关系如以下方程式所示：TXY = TYX、TXZ = TZX 和
TYZ = TZY。因此某点的应力状态要通过六个分量来完整定义。
FEA 结果解释 某一点的应力状态由6个分量定义：3个拉(压)应力和3 个剪应力-这些分量与局部坐标系相关
梁单元在每个端点处都有六个自由 度。
草稿品质（一阶）及高品质单元（二阶）
一阶单元：仅在对特定目标进行分析时使用，如 证实载荷或约束的方向。
二阶单元：准备用来作最后计算的算例均应该采 用高品质单元。
建立FEA 模型- 约束
描述所给的模型是如何与外 界相联系
固定一个面、线或点 允许滑动或转动
建立FEA 模型- 载荷
草实稿体尺品的寸质自网动均格试在验：：一0阶指.2单定1元网4~格0器.2自3动6使in用范一个围较内小的。整体单元大小再次对模型进 当行网网格格化。划整体分单失元大败小时和公，差提为每高次公尝试差所减可小能的比会率有为 0帮.8。助。
划分网格—基于曲率的网格
Simulation2009新功能，可以合理分配网格资源
注意变形大小并不是判断“小变形”或“大变形”的因素，真正的决定因素 是看变形是否显著地改变了结构的刚度（抵抗变形的能力）。
静态载荷
静态载荷
假设所有的载荷和约束，都不随时间改变。此限 制条件意味着加载过程必须十分缓慢以至可以 忽略惯性效应，快速施加的载荷将会引发附加 的位移、应力与应变。
1. 材料？ Simulation分析流程
求解误差是在计算过程中积累的，难于控制，但它们 通常都很小。
不要只根据该软件的结果进行设计决策。请结合试验数
据和实际经验来使用这些信息。最终设计必须接受现
场测试的检验。软件可通过减少、而不是完全免除现 场测试，来帮助您缩短投入市场的时间。
有限元网格中每个节点FE的A自计由算度构成
了未知量。
在结构分析中，节点的自由度可以 被看作节点的位移。位移是基本 的未知量，总是被最先计算。
最大正应力
材料类型 延性
延性（保守） 具有不同张力和压缩强
度的脆性材料（例如 陶瓷） 脆性
FEA 结果解释—应变 应变是指长度 δ L 的变化与原始长度 L 之比。应变是一个无
量纲的量。
应变= δ L /L。
Simulation静态分析的使用限制
Simulation静态分析在下列假设下进行 材料是线性的 小变形（结构响应） 静态载荷
SolidWorks Simulation 步骤
建立数学模型 建立有限元模型 求解有限元模型 结果分析
简化CAD几何模型的方建法立数学模型
特征消隐：合并或消除在分析中认为不重要的特征： 外圆角、圆边、标志等；
理想化 清除
通过离散化过程建，立将有数学限模元型模剖型分成有限单元，称
为网格划分。
网格– 用四边F形E或A中三角的形基对本CA概D几念
绪论 有限元简介
主要内容
SolidWorks Simulation概述 有限元分析概述
SolidWorks Simulation的使用限制
SiSmRACu创l立ation 发展历程——辉煌的历史
COSMOS/M – 第一款用 于 PC 的 FEA 软件
发布 COSMOS 2008
1982
1985
热分析中，基本的未知量是节点温 度。而温度是标量，因此对于每 个节点，只有一个未知量需要求 解。
FEA 结果解释—应力 当载荷应用到实体时，实体通过产生内部力（一般来讲 每个点都不一样）而尝试吸收其影响。这些内部力的强 度称为应力。应力单位为每单位面积的力。
应力分量
以一个受压条为例。P 点的应力状态可根据任意基准面 来描述。虽然合成应力总是相同，但应力分量的数值取 决于所选基准面。
第一个
SolidWorks 黄金合作伙伴
C
1995 1996 1997
2001 2002
C
2007
第一个 SolidWorks 合作伙伴,推出 CosmosWorks
与 SolidWorks
整合
SolidWorks
被 Dassault
Simulation 2009
Systemes
收购
SolidWorks Simulation 产品
FEA 结果解释—应力 应力要通过幅值、方向以及其作用的基准面来描述。某点的 应力状态可按以下分量予以完整描述：
SX：X 方向上的应力垂直于 YZ 基准面 SY：Y 方向上的应力垂直于 XZ 基准面 SZ：Z 方向上的应力垂直于 XY 基准面 TXY：Y 方向上的应力作用于垂直于 X 方向的基准面（YZ 基准面） TYX：X 方向上的应力作用于垂直于 Y 方向的基准面（XZ 基准面） TXZ：Z 方向上的应力作用于垂直于 X 方向的基准面（YZ 基准面） TZX：X 方向上的应力作用于垂直于 Z 方向的基准面（XY 基准面） TYZ：Z 方向上的应力作用于垂直于 Y 方向的基准面（XZ 基准面） TZY：Y 方向上的应力作用于垂直于 Z 方向的基准面（XY 基准面）
何外形的近似描述
单元– 网格中所存在的三角形(四面 体)或四边形(六面体)等
结点- 不同单元所联接在一起的点， 结点是求解未知量(通常是位移) 所需的点
Simulation中Simulation中的单元类型
三维单元有：一阶实体四面体单元和二阶实体四面体单元； 二维单元有：一阶三角形壳单元和二阶三角形壳单元； 一维单元有：梁单元
几何模型
材料
载荷
约束
不确定性对比
划分网格—标准网格
网格大小 缺省值是系统基于SolidWorks模型几何形状的形状 自动建立的。使用缺省值可以使离散化误差保持 在可接受的范围内，同时计算时间较短。
它是按包围一个单元的球体（实体单元）或圆 （壳单元）的直径来定义的。
公差表示了网格特征单元的尺寸范围，如单元大 高级小为0.225in，公差设定为0.011，则所有单元的
Simulation中的单元类型
二阶（高质量）三角形壳单元
有六个节点：三个角节点和三个 中间节点。意味着位移可由三个 平移和三个转动组成。
Simulation中的单元类型
梁单元示例
将框架划分成小的梁单元，并计算每一个单 元上的变形，从而解出整个零件的变形。
Simulation中的单元类型
两节点梁单元的形状在初始时为平 直的，但可以假定形状在变形发生 后为三次方的一个函数。
二阶（高质量）实体四面体单元
有十个节点（四个角点和六个中间 节点），并且每个节点又三个自由 度。
Simulation中的单元类型
壳单元示例
将面划分成小的三角形单元，并计算每一个 单元上的变形，从而解出整个零件的变形。
Simulation中的单元类型
一阶（草稿质量）三角形壳单元
有三个节点（分布在角上），并且 每个节点有六个自由度，意味着它 的位移可完全由三个平移分量和三 个转动分量描述。
线性分析 所有的材料用于Solidworks Simulation和Solidworks Simulation Professional的
材料，应力和应变成正比。
小变形
线性分析
任何结构在加载下均会变形。在Simulation中,我们假设变形很小。什么是 小变形的确切含义呢？通常的解释是变形相对于结构的整体尺寸来说很小。
定义约束
模型自主创建。
操作
从材料库中选择，不考虑缺陷和表面条件。
通过菜单操作，其选择包含了丰富的背景知识和假 设。
通过菜单操作，误差常来自过约束模型，其结果是 结构过于刚硬，并低估了实际变形量和应力值。
误差的影响
不确定性极少 相对模型，有更多的不 确定性
定义载荷时会产生较大 的理想化误差
易产生较大的误差
第8章 薄件分析 第9章 混合网格——壳体和实体 第10章 混合网格——实体、梁和壳 第11章 设计情形 第12章 热应力分析 第13章 自适应网格 第14章 大位移分析
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Solidworks Simulation Premium-白金包
非线性
Solidworks Simulation Professional-专业包
静态分析
模态/屈曲
热分析
跌落测试
谐波响应
时间-历史 瞬态响应
随机振动
Motion
疲劳
优化
压力容器
复合材料
什么是Finite Element Analysis (FEA)
在高曲率区域中生成更多网格，在低曲率区域中生成 较少网格。 圆中最小单元数：此选项在单元大小介于最大值 最小值之间时有效。
作用于模型的外表面的载荷： – 作用在面、连线或点上的力 – 扭矩、力矩 – 压力
作用于整个模型的载荷: – 重力、离心力 – 热载
理想化误差
Leabharlann Baidu
FEA中的误差
创建数学模型
离散为有限元模型
数值误差
解算过程
离散化误差是FEA特有的，也只有这个误差能够在使用 FEA方法时被控制。影响数学模型的建模误差，是在 FEA之前引入的，只能通过正确的建模技术来控制。
CommandManager 页 面
分析库
分析树
算例页面
Simulation 算例顾问
项目描述
矩形带孔钢板
支撑及加载条 件
一侧固定支撑
一侧110000N
材料：AISI304
模型尺寸：长 200mm；宽 100mm，高 10mm，
孔直径为40mm
力学模型
预处理总结
要素名称
几何模型创建 材料属性
定义载荷
第1章 分析流程
全面了解 第1章 Simulation界面 学习目标
用实体网格运行一个线性静态分析-静态 • 几何外形 • 材料属性 • 载荷 • 约束
了解网格密度对位移和应力结果的影响
采用不同方法显示有限元计算结果
管理结果文件
获取有用的帮助
SolidWorks Simulation界面
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有限元思想最早可以追溯到远古时代，在几个世 纪前就得到了应用。如用多边形（有个直线单 元）逼近圆来求圆的周长。
FEA不是唯一的数值分析工具，在工程领域还有 其它数值方法，如有限差分法、边界元法和有 限体积法（流体）。FEA占据了工程分析的软 件市场，而其它方法被归入小规模应用。
什么是FEA
例：如何用一根很短的尺子来测量从家到邮箱的小路的长度？
Steel 1040 2. 工作状况
压力 还是 力 螺栓联接 还是 焊接 3. Simulation中的模型 网格与求解 4. 设计合理吗 (查看结果) 安全系数 应力分布
3DS.COM/SOLIDWORKS © Dassault Systè mes | 机密信息 | 12/8/2019 | 参考： 3DS_Document_2012
3DS.COM/SOLIDWORKS © Dassault Systè mes | 机密信息 | 12/8/2019 | 参考： 3DS_Document_2012
SolidWorks Simulation基础培训
SolidWorks Simulation培训目录
绪论 有限元简介 第1章 分析流程 第2章 网格控制、应力集中、边界条件 第3章 带接触的装配体分析 第4章 对称和自平衡装配体 第5章 带接头的装配体分析 第6章 兼容/不兼容网格 第7章 网格细化的装配体分析
Simulation中的单元类型
实体单元示例
将零件划分成小的四面体单元，并计算每一 个单元上的变形，从而解出整个零件的变形。
Simulation中的单元类型
一阶（草稿质量）四面体单元 共有四个节点，每个角上有一 个。每个节点有三个自由度， 意味着节点可完全由三个位移 分量来表示。
Simulation中的单元类型
弯曲的小路用分段小路来代替 用短尺分段测量小路
FEA 步骤
一般来讲，FEA软件通常有以下三个步骤:
预处理 分析的类型（例如，静态，热，频率），材料的性能， 载荷和约束被定义（建立数学模型），并且模型被分为有限的 单元（建立有限元模型）。
求解 用来计算所需的结果（求解有限元模型）。 后处理 用来对结果进行分析（分析结果）。