Solidowrks Simulation悬臂梁受分布力系的变形分析

接着上一篇博文，本篇博文将使用Solidowrks Simulation对悬臂梁在受力均布力系作用下的变形分析，并与上一篇博文计算的结果进行对比，考察在Solidowrks Simulation平台下静力学分析结果与专业有限元软件得出的结果的近似度。
1.问题描述
一根悬臂梁，长200mm,截面是30mm*20mm的矩形（高度方向是20mm）。该梁左端固定，在其上面施加向下的分布力系，载荷集度是0.6Mpa.已知材料使用低碳钢，弹性模量是200GPA，泊松比是0.3,要计算梁的位移。
2.分析思路
不同有限元软件分析的思路和步骤基本一致，首先创建几何模型，然后赋予材料属性，划分网格，施加边界条件，求解设置，计算求解，最后查看后处理。Simulation也是如此。下面将介绍详细步骤。


3.步骤
（1）创建几何模型。在Solidworks平台创建一个长200mm，截面是30mm*20mm的长方体，如下图所示。

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（2）加载Simulation模块。点击 工具/插件，选择SOLIDWORKS Simulation。
（3）创建静力学分析模块。在Simulation平台下创建一个新算例，并选择静应力分析，如下图所示。

（4）创建材料属性。设置其弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，数据设置完成后单击应用按钮，如下图所示：

（5）创建边界条件。悬臂梁左端固定，单击夹具顾问/固定几何体，然后选择左端面，选中后单击打钩按钮，如下图所示。

（6）创建均布载荷。悬臂梁上面施加0.6MPa，单击外部载荷顾问/压力，然后选择上面的面，设置载荷大小为600000Pa，设置完成后单击打钩按钮，如下图所示。

（7）划分网格。右击模型树下的网格/生成网格，然后设置网格参数，为了比较Simulation与ANSYS和ABAQUS计算的结果，这里设置网格尺寸也与上一篇博文设置的一致，大小为10mm，这里只能生成四面体网格。如下图所示。

生成的网格如下图所示：

（8）计算求解。单击运行此算例/运行此算例。很快就求解完成。
（9）查看后处理。求解完成之后，软件默认给出了米塞斯应力、位移和应变。
查看应力，最大应力为174.0MPa，如下图所示：

查看变形，最大变形为0.8979mm

4.结果对比
通过以上分析，得出如下结果对比：

	最大变形(mm)	米塞斯应力(MPa)
ANSYS	0.89551	170.14
ABAQUS	0.8921	168.4
Simulation	0.8979	174.0
Simulation与ANSYS误差	0.3%	2%

由表格可知，Simulation计算的位移与ANSYS的结果误差在0.3%左右，相对误差非常小；而米塞斯应力的相对误差在2%左右，也是较小。
由此可知，Simulation静力学分析的主要特点点如下：

• 在操作步骤方面，Simulation的基本步骤与ANSYS等专业有限元软件的操作基本相近，且非常方便简洁；
• 在几何建模方面，Simulation可以与Solidworks建立的几何模型实现无缝连接，无需转化其他格式文件；
• 在网格划分方面，Simulation使用默认的单元设置，划分的是四面体单元。
• 在材料属性方面，Simulation提供的较多常用的材料属性，可以直接调用，也是非常方便。
• 在求解精度方面，Simulation对于简单的静力学分析得出的变形和应力与专业的有限元软件得出的结果是非常相近的，所以对于设计工程人员求解一般的静力学问题，已经足够了。

总之，Simulation静力学分析过程非常方便简洁，求解结果与专业有限元软件的求解结果非常接近，具有较大的实用性。


【李祖吉】