有限元分析是solidworks軟件中非常強(qiáng)大的一個功能，如果要使用好這個功能必須結(jié)合自身的很多知識才能運(yùn)用好，有限元分析不同于繪圖，它需要有材料力學(xué)、理論力學(xué)、高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)。下面就給大家簡單介紹進(jìn)行有限元分析的方法和步驟。一起去看看吧！

solidworks2016中文版(附序列號) 64位

• 類型：3D制作類
• 大?。?/span>3.5GB
• 語言：簡體中文
• 時間：2017-06-01

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solidworks2016中文版(附序列號) 32位

• 類型：3D制作類
• 大?。?/span>3.5GB
• 語言：簡體中文
• 時間：2017-06-01

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　　solidworks有限元分析應(yīng)用于機(jī)械、汽車、家電、電子產(chǎn)品、家具、建筑、醫(yī)學(xué)骨科等產(chǎn)品設(shè)計及研發(fā)。其作用是：確保產(chǎn)品設(shè)計的安全合理性，同時采用優(yōu)化設(shè)計，找出產(chǎn)品設(shè)計最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問題; 模擬各種試驗方案，減少試驗時間和經(jīng)費(fèi); 是產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的核心技術(shù)?？窗寰W(wǎng)根據(jù)超過十年的項目經(jīng)驗和培訓(xùn)經(jīng)驗，提醒各位朋友，有限元分析，不同于繪圖。以下是看板網(wǎng)總結(jié)的solidworks有限元分析使用方法，希望對大家有用。

　　一、軟件形式：

　?。ㄒ唬﹕olidworks的內(nèi)置形式：

　　SimulationXpress——只有對一些具有簡單載荷和支撐類型的零件的靜態(tài)分析。

　?。ǘ㏒olidWorks的插件形式：

　　SimulationWorks Designer——對零件或裝配體的靜態(tài)分析。

　　SimulationWorksProfessional——對零件或裝配體的靜態(tài)、熱傳導(dǎo)、扭曲、頻率、掉落測試、優(yōu)化、疲勞分析。

　　SimulationWorks AdvancedProfessional——在SimulationWorksProfessional的所有功能上增加了非線性和高級動力學(xué)分析。

　?。ㄈ﹩为?dú)發(fā)行形式：

　　Simulation DesignSTAR——功能與SimulationWorks Advanced Professional相同。

　　二、使用FEA的一般步驟：

　　FEA=Finite Element Analysis——是一種工程數(shù)值分析工具，但不是唯一的數(shù)值分析工具！其它的數(shù)值分析工具還有：有限差分法、邊界元法、有限體積法等等。

　　方法與步驟

　　（一）建立數(shù)學(xué)模型

　　有時，需要修改CAD幾何模型以滿足網(wǎng)格劃分的需要，（即從CAD幾何體→FEA幾何體），共有下列三法：

　　1、特征消隱：指合并和消除在分析中認(rèn)為不重要的幾何特征，如外圓角、圓邊、標(biāo)志等。

　　2、理想化：理想化是更具有積極意義的工作，如將一個薄壁模型用一個平面來代理（注：如果選中了“使用中面的殼網(wǎng)格”做為“網(wǎng)格類型”，SimulationWorks會自動地創(chuàng)建曲面幾何體）。

　　3、清除：因為用于劃分網(wǎng)格的幾何模型必須滿足比實體模型更高的要求。如模型中的細(xì)長面、多重實體、移動實體及其它質(zhì)量問題會造成網(wǎng)格劃分的困難甚至無法劃分網(wǎng)格—這時我們可以使用CAD質(zhì)量檢查工具（即SW菜單： Tools→Check…）來檢驗問題所在，另外含有非常短的邊或面、小的特征也必須清除掉（小特征是指其特征尺寸相對于整個模型尺寸非常??！但如果分析的目的是找出圓角附近的應(yīng)力分布，那么此時非常小的內(nèi)部圓角應(yīng)該被保留）。

　　（二）建立有限元模型，即FEA的預(yù)處理部分，包括五個步驟：

　　1、選擇網(wǎng)格種類及定義分析類型（共有靜態(tài)、熱傳導(dǎo)、頻率…等八種類別）——這時將產(chǎn)生一個FEA算例，左側(cè)瀏覽器中之算例名稱之后的括號里是配置名稱；

　　2、添加材料屬性： 材料屬性通常從材料庫中選擇，它不并考慮缺陷和表面條件等因素，與幾何模型相比，它有更多的不確定性。

　?。?）右鍵單擊“實體文件夾”并選擇“應(yīng)用材料到所有”——所有零部件將被賦予相同的材料屬性。

　?。?）右鍵單擊“實體文件夾”下的某個具體零件文件夾并選擇“應(yīng)用材料到所有實體”——某個零件的所有實體（多實體）將被賦予指定的材料屬性。

　?。?）右鍵單擊“實體文件夾”下具體零件的某個“Body”并選擇“應(yīng)用材料到實體”——只有該“Body”被賦予指定的材料屬性。

　　3、施加約束：定義約束是最容易產(chǎn)生誤差的地方。通常的誤差來自于過約束模型，其后果是：結(jié)構(gòu)過于剛硬并低估了實際變形量和應(yīng)力值。對裝配體而言，還要定義“接觸/間隙”這種特殊的“約束”。約束的目的是禁止模型的剛體位移。

　　在SimulationWorks中共有十種約束（不包括“接觸/間隙”）。它也意味著處于指定的“點(diǎn)、線、面”上的全部這些節(jié)點(diǎn)所受到的約束。

　　約束符號中的箭頭表示“平移”約束，而圓盤則表示“回轉(zhuǎn)”約束（實體單元的每個節(jié)點(diǎn)僅有3個移動自由度，而殼單元有6個自由度）。

　　對“Solid mesh”而言，因為節(jié)點(diǎn)無轉(zhuǎn)動自由度，所以選擇“固定”和“不可移動”的效果是完全一樣的。定義完約束之后，模型的空間位置就被固定下來了。此時，模型不可能再發(fā)生除彈形變形之外的位移（在FEA的靜態(tài)分析中，可能存在的也只能是彈形位移），稱之為“模型沒有剛體位移”。

　　4、定義載荷：在現(xiàn)實中，只能大概地知道載荷的大小、分布、時間依賴關(guān)系。所以，必須在FEA分析中通過簡化的假設(shè)做出近似的估計。因此，定義載荷會產(chǎn)生較大的建模誤差（理想化誤差）。

　　注：前面的四項統(tǒng)稱為FEA分析的“預(yù)處理”，它們的不確定性程度從高到低依次為：約束、載荷、材料、幾何模型。

　　5、網(wǎng)格劃分：

　　（1）SimulationWorks中只有兩類單元：一階單元（草稿品質(zhì)單元）和二階單元（高品質(zhì)單元）?；颍簩嶓w四面體單元和三角形殼單元。這樣，SimulationWorks共有四種單元類型：一階實體四面體單元（只有4個角節(jié)點(diǎn)，1個高斯點(diǎn)）、二階實體四面體單元（有4個角節(jié)點(diǎn)和6個中間節(jié)點(diǎn)，共計10個節(jié)點(diǎn)，4個高斯點(diǎn)）、一階三角形殼單元（只有3個角節(jié)點(diǎn)，1個高斯點(diǎn)）、二階三角形殼單元（有3個角節(jié)點(diǎn)和3個中間節(jié)點(diǎn)，共計6個節(jié)點(diǎn)，3個高斯點(diǎn)）——這里的四面體不一定是正四面體，而三角形也不一定是正三角形。此外，二階單元的邊和面都可以是曲線形狀，以模擬單元因加載而變形的實際情形。

　?。?）單元的品質(zhì)可通過SW菜單： SimulationWorks→Options…→選Mesh標(biāo)簽…

　?。?）一般FEA中擁有最少節(jié)點(diǎn)的單元是橫梁單元，它只有2個節(jié)點(diǎn)（即梁的兩個端點(diǎn)），但每個節(jié)點(diǎn)處均有6個自由度（即三個平移分量加三個轉(zhuǎn)動位移分量）。

　?。?）二階實體四面體單元和二階三角形殼單元適用于曲線形的幾何體。

　?。?）某些類型的形狀既可以使用實體單元也可以使用殼單元，具體選用什么類型的單元取決于分析的目的。然而，通常情況下，幾何體的天然形狀決定了所使用的單元類型，比如，一些鑄件只能用實體網(wǎng)格劃分，而一張金屬板材最好使用殼單元。

　?。?）有限單元網(wǎng)格中的自由度是指單元節(jié)點(diǎn)的自由度。實體單元的每個節(jié)點(diǎn)有三個自由度（三個平移分量），殼單元的每個節(jié)點(diǎn)有六個自由度（三個平移分量加三個轉(zhuǎn)動位移分量）。節(jié)點(diǎn)的位移即為這些分量的幾何合成矢量。

　　（7）在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，單元在匹配幾何體的過程中會經(jīng)歷變形扭曲，但過度的扭曲會導(dǎo)致單元的惡化，從而導(dǎo)致計算量徒增和計算精度大大地降低，甚至?xí)o法計算。為此，需要通過控制默認(rèn)單元的大?。碨W菜單： SimulationWorks→Mesh→Create…，其中：Coarse對應(yīng)大，F(xiàn)ine對應(yīng)小）或應(yīng)用局部網(wǎng)格控制（即SW菜單： SimulationWorks→Mesh→Apply Control…）來避免單元的過度扭曲。

　?。?）網(wǎng)格質(zhì)量保證：包括長寬比檢查和Jacobian檢查， 這些檢查由程序自動執(zhí)行。

　　長寬比檢查：正四面體的長寬比通常被用做計算其它單元的長寬比。一個單元的長寬比定義為：四面體的最長邊的長度值/四面體的頂點(diǎn)到其相對面的法向距離的最小長度值。這里，頂點(diǎn)的相對面需用正四面體正則化，并假定四面體的4個角點(diǎn)之間用直線相連。非常小的正四面體單元的長寬比可近似地認(rèn)為是1.0。作為長寬比檢查的一部分，SimulationWorks還自動執(zhí)行邊長檢查、內(nèi)切圓和外接圓檢查，以及法向長度檢查。

　　Jacobian檢查：即檢查雅可比行列式的值，用于判斷單元的彎曲程度。一個極端扭曲單元的雅可比行列式是負(fù)值，而負(fù)的雅可比行列式會導(dǎo)致FEA程序的終止。Jacobian檢查是基于一系列點(diǎn)（高斯點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)），這些點(diǎn)位于每個單元中。通常情況下，雅可比率小于或等于40是可以接受的。SimulationWorks會自動調(diào)整扭曲單元的中節(jié)點(diǎn)位置，以確保所有的單元能通過雅可比檢查。在二次單元中，單元邊界上的中節(jié)點(diǎn)放置在真實的幾何體上；但在尖劈和彎曲邊界，將中節(jié)點(diǎn)放置在真實幾何體上會導(dǎo)致產(chǎn)生邊緣下相互重疊的扭曲單元。對正四面體而言，所有中節(jié)點(diǎn)均精確地定位在直邊中點(diǎn)，其雅可比率為1.0，隨著邊緣曲率的增加，其雅可比率也增大。Jacobian檢查設(shè)置可通過SimulationWorks→options…→Mesh標(biāo)簽來實現(xiàn)。

　　（9）局部網(wǎng)格控制：由三個參數(shù)來控制——所選實體的單元尺寸、層與層之間的單元尺寸比、受局部優(yōu)化影響的單元層數(shù)。它們的缺省值分別為2.2、1.5、3。網(wǎng)格控制可用在點(diǎn)（頂點(diǎn)）、線（邊界）、面（表面）、及裝配體組件上。三個控制參數(shù)可通過命令：SimulationWorks→Mesh→Apply Control…來實現(xiàn)。為了找出仍在工作的最大單元，可勾選SimulationWorks→options…→Mesh標(biāo)簽中的Automatic Looping選項，“自動為實體循環(huán)”功能要求網(wǎng)格劃分程序利用更小的全局單元尺寸網(wǎng)格對模型進(jìn)行重新劃分，用戶可以控制：循環(huán)實驗的最大次數(shù)、全局單元尺寸每次減少的幅度、公差。

　　對于應(yīng)用于組件的網(wǎng)格控制由“Componentsignificance （零件有效數(shù)）”來定義，對于不同的Slide位置，指示網(wǎng)格劃分程序選用不同的單元尺寸來對每個選定的組件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。但如果“use same element size”已勾選，那么所有組件均按“網(wǎng)格控制”窗口中指定相同單元尺寸來進(jìn)行劃分。

　　（10）實際的網(wǎng)格劃分過程，共分三個步驟：

　　第一步，評估幾何模型——檢查CAD幾何體有無缺陷；

　　第二步，處理邊界——即先將節(jié)點(diǎn)置于邊界上，這一步被稱做表面劃分；

　　第三步，創(chuàng)建網(wǎng)格——用四面體單元來填充實體體積。

　　（11）如果第一步失敗，則最有可能的是幾何模型錯誤，為了驗證幾何模型是否錯誤，以IGES輸出模型，觀察是否出現(xiàn)錯誤信息“處理修整的表面實體失敗”。

　　（12）如果第二步失敗，分兩種情況：i.在進(jìn)度指示條到達(dá)最右端之前出現(xiàn)錯誤，則說明至少在一個面上的劃分出現(xiàn)錯誤，此時，右鍵單擊網(wǎng)格，選擇“失敗診斷”，以找出有問題的表面，再有分割線或網(wǎng)格控制來幫助劃分該表面；ii.在進(jìn)度指示條到達(dá)最右端之后且在第三步開始之前出現(xiàn)錯誤，此時，需要將公差從5%（默認(rèn)）到10%對單元尺寸進(jìn)行增加后重新劃分網(wǎng)格，但如果公差為10%時仍舊失敗，則可以繼續(xù)增加公差，但最大不要超過25%。設(shè)置命令為：SimulationWorks→Mesh→Create…→…

　?。?3）如果第三步失敗，則表明錯誤發(fā)生在體積填充階段。此時，可將單元尺寸公差從5%減少到1%，如果仍然失敗，則可以25%的幅度減少單元尺寸，并設(shè)公差為1%.

　?。?4）“失敗診斷”工具只對實體單元有效，對殼單元不起作用。

　?。?5） 從2008版開始，SimulationWorks實現(xiàn)了自動“局部網(wǎng)格控制”，因而“網(wǎng)格劃分”完全不再需要人工干預(yù)。

　?。ㄈ┣蠼庥邢拊Ｐ?/p>

　　在結(jié)構(gòu)分析中，F(xiàn)EA首先計算的是網(wǎng)格中每個節(jié)點(diǎn)的位移（矢量），再在此基礎(chǔ)上計算應(yīng)變和應(yīng)力等其它物理量；在熱分析中，F(xiàn)EA首先計算的是網(wǎng)格中每個節(jié)點(diǎn)的溫度（標(biāo)量），再在此基礎(chǔ)上計算溫度梯度和熱流等其它物理量。

　　一般如果模型可劃分網(wǎng)格，那么它就可以求解，但如果沒有定義材料或載荷，則求解會終止。解算器也可檢查出由于約束不足而引起的剛體運(yùn)動。但剛體運(yùn)動可用解算器選項來處理，比如，使用軟彈簧來穩(wěn)定模型，或使用平面內(nèi)作用、慣性卸除。影響選擇合適的解算器的五個因素：

　　1、問題的大小——通常，F(xiàn)FEPlus在處理自由度（DOF）超過100，000時，速度比較快。FFEPlus隨著問題的變大會變得更有效率。

　　2、計算機(jī)資源——在計算機(jī)可用的內(nèi)存足夠多時，DirectSparse解算器的速度比較快。

　　3、分析選項；

　　4、單元類型；

　　5、材料屬性——當(dāng)模型中使用的材料彈性模量差異較大時（比如鋼和尼龍），F(xiàn)FEPlus（迭代法）求解比DirectSparse（直接法）求解的精度低。

　　如果不能確定選擇哪個解算器是分析的最佳選擇時，可將解算器的類型設(shè)為“自動”。

　　選擇求解器的命令為：SimulationWorks→Options…→選Results標(biāo)簽。

　?。ㄋ模┙Y(jié)果分析

　　對結(jié)果的正確解釋需要我們熟悉理解：i）。各種假設(shè)，如在靜態(tài)分析中的

　　材料線性假設(shè)、小變形假設(shè)、靜態(tài)載荷假設(shè)；ii）。簡化約定；iii）。前面三步中產(chǎn)生的誤差，如建模誤差（也稱理想化誤差）、離散誤差（劃分網(wǎng)格時產(chǎn)生的誤差）、數(shù)值誤差（求解過程中產(chǎn)生的誤差）。在這三種誤差當(dāng)中，只有離散化誤差是FEA特有的，故只有這個誤差能夠在使用FEA時被控制——網(wǎng)格單元越小，離散誤差越低；影響數(shù)學(xué)幾何模型的建模誤差，是在FEA之前引入的，故只能通過正確的建模技術(shù)來控制；數(shù)值誤差（求解誤差）是在計算過程中產(chǎn)生的，難于控制，但它們通常比較小。

　　執(zhí)行“SimulationWorks→Options…→Results標(biāo)簽→Automatic Results Plots按鈕”，可確定要在程序界面中顯示的計算項目的結(jié)果。

　　結(jié)果中的波節(jié)應(yīng)力（Node values）是指單元節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力，而單元應(yīng)力（Element values）則是指單元高斯點(diǎn)上的應(yīng)力。

　　單元應(yīng)力和波節(jié)應(yīng)力一般是不同的，但若兩者相差過大，則說明網(wǎng)格劃分不夠精細(xì)。

　　解析解（用數(shù)學(xué)公式求出的解）只有在平面應(yīng)力假設(shè)下，板的厚度非常薄時才有效——因為它不考慮應(yīng)力沿板厚方向的分布（梯度分布：中間最大，兩邊緣最?。J(rèn)為板厚方向的截面上的應(yīng)力處處相等。所以，F(xiàn)EA解能夠比較真實地反映應(yīng)力的實際狀況。

　　以上就是有限元分析的方法和步驟，如果你不是一名理科生，并且沒有接觸過這個功能，那么你會比較難看懂甚至看不懂上面的方法步驟，所以如果要實現(xiàn)有限元分析，最好要有一定的基礎(chǔ)。

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