基于SolidWorks Simulation的产品设计有限元分析

引言

    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作为嵌入式分析软件与无缝集成，成为了顶级的销量产品。运用 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。 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 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，首先会利用进行零件实体建模，即构建零件的几何模型。然后， 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。