懸臂梁模型的Solidworks與ANSYS有限元分析對比

宋丕偉 劉 軍 程 瑞 趙錦陽 隋長勝

（大連科技學(xué)院，大連 116052）

Solidworks是一款在Windows環(huán)境下進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計、建模的數(shù)字化軟件，該軟件以其友好的交互界面在國際上得到廣泛的應(yīng)用。Solidworks軟件不僅可以進(jìn)行軟件的建模，還可進(jìn)行誤差分析、靜力分析以及流場分析等。通過該軟件的SimulationXpress插件，人們可以進(jìn)行零件的靜力分析，該軟件提供了分析向?qū)?，對于初學(xué)者來說，使用起來十分方便，只需要按照向?qū)砑蛹s束以及載荷等操作即可完成靜力分析。

ANSYS是一款集力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等于一體的大型有限元分析軟件，以其強(qiáng)大的計算分析能力被廣泛應(yīng)用于工程實踐中。在產(chǎn)品虛擬樣機(jī)的設(shè)計階段，基本都會涉及有限元分析。人們可以將ANSYS有限元分析的結(jié)果作為一個重要的參考因素。

使用過ANSYS的用戶大多數(shù)都感覺該軟件的操作界面不友好。尤其對于初學(xué)者來說，該軟件的操作過程十分復(fù)雜，使用者需要設(shè)置的選項較多，操作十分不便。Solidworks也具有靜力學(xué)分析的能力，并且操作簡單。如果Solidworks軟件的分析結(jié)果與比較權(quán)威的ANSYS的分析結(jié)果相近，那么初學(xué)者可以使用Solidworks代替ANSYS進(jìn)行有限元分析。

1 懸臂梁模型分析計算

懸臂梁是力學(xué)分析中的一個典型的模型。假定某懸臂梁長度為1m，該懸臂梁的橫截面為邊長等于0.1m的正方形，在該懸臂梁的上表面承受均布載荷的作用，該均布載荷q的大小為100000Pa。在進(jìn)行理論計算時，首先對該模型進(jìn)行簡化，如圖1所示。該懸臂梁的彎矩圖如圖2所示。

圖1 懸臂梁的簡化模型

圖2 懸臂梁所受彎矩圖

該懸臂梁在最左端承受的最大彎矩為：

2 Solidworks與ANSYS靜力學(xué)分析

在Solidworks中建立該懸臂梁的模型，并直接使用SimulationXpress分析向?qū)е性O(shè)置好懸臂梁相關(guān)參數(shù)，并在懸臂梁的一端添加固定約束，在上表面添加載荷，最后進(jìn)行靜力學(xué)分析，分析的結(jié)果如圖3所示。

圖3 SimulationXpress分析結(jié)果

在ANSYS有限元分析軟件中對懸臂梁模型進(jìn)行建模，設(shè)置好單元格類型之后，對該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。劃分的網(wǎng)格如圖4所示。

在網(wǎng)格劃分之后的模型上分別添加約束與載荷，并對該模型進(jìn)行有限元分析，通過后處理器顯示von Mises應(yīng)力，如圖5所示。

3 靜力學(xué)分析結(jié)果對比

通過理論計算，人們可以分析出該懸臂梁承受的最大應(yīng)力為30MPa。通過Solidworks進(jìn)行靜力學(xué)分析后，該懸臂梁承受的最大應(yīng)力為38.4MPa，如圖3所示。通過ANSYS有限元分析后，該懸臂梁的最大應(yīng)力為37.6MPa。由于理論計算時將該懸臂梁進(jìn)行理想化的簡化，其計算結(jié)果的準(zhǔn)確度較低，僅可以提供一定的參考作用。Solidworks與ANSYS軟件靜力學(xué)分析的結(jié)果比較接近，相差不超過2%。Solidworks軟件的靜力學(xué)分析過程比ANSYS靜力學(xué)分析的過程要簡單很多，所以初學(xué)者在應(yīng)對簡單的靜力學(xué)分析案例時，可以采用Solidworks中的SimulationXpress插件進(jìn)行。

圖4 網(wǎng)格劃分

圖5 有限元分析結(jié)果

4 結(jié)語

通過對比相同模型在Solidworks與ANSYS中的分析過程及結(jié)果，得出Solidworks軟件的靜力學(xué)分析結(jié)果與權(quán)威有限元分析軟件結(jié)果非常接近。在簡單靜力學(xué)分析場合，人們可以使用Solidworks軟件代替ANSYS，這為工程技術(shù)人員進(jìn)行靜力學(xué)有限元分析提供了參考。