《有限元分析：圖解COSMOSWorks（Simulation）》是2021年電子工業出版社出版的圖書，作者是陳文清、劉國良。
基本介紹
- 書名： 有限元分析：圖解COSMOSWorks（Simulation）
- 作者：陳文清、劉國良
- 出版社： 電子工業出版社
- 出版時間：2021年
- 頁數：384 頁
- 定價：109 元
- 開本：16 開
- ISBN： 9787121379970
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書從實用的基礎知識出發，循序漸進、舉一反三，意在融會貫通、拋磚引玉。本書分兩部分：COSMOSWorks（simulation）基礎知識篇和線性靜態分析套用篇。本書適合於SolidWorks讀者和其他CAD用戶，如Auto CAD、Pro/E、Solid Edge、CAM等等，所有機械設計、產品設計、模具設計、結構設計和結構分析的初、中級讀者用戶，適合於工業、企業的產品開發和技術部門，適合於高等院校的同類專業學習
圖書目錄
第1 章 Simulation 基礎 ............................................................................................................. 1
1.1 關於有限元分析 ............................................................................................................ 1
1.1.1 概述 ..................................................................................................................... 1
1.1.2 FEA 是CAE 的主體 ........................................................................................... 3
1.1.3 CAE 的發展趨勢 ................................................................................................ 4
1.1.4 Simulation（COSMOSWorks）的優勢 ............................................................. 5
1.2 關於Simulation（COSMOSWorks） ........................................................................... 5
1.2.1 什麼是Simulation（COSMOSWorks） ............................................................ 6
1.2.2 Simulation 的功能、特點 ................................................................................... 8
1.2.3 Simulation 界面 ................................................................................................... 9
1.2.4 Simulation 算例屬性管理器 ............................................................................. 10
1.2.5 Simulation 工具列 ............................................................................................. 12
1.2.6 設定Simulation 普通選項 ................................................................................ 13
1.2.7 Simulation 使用的單位 ..................................................................................... 15
1.2.8 坐標系 ............................................................................................................... 17
1.3 Simulation 分析基礎 .................................................................................................... 18
1.3.1 有限元法及其基本構成 ................................................................................... 18
1.3.2 Simulation 的應力和應變 ................................................................................. 19
1.3.3 Simulation 解算器 ............................................................................................. 21
1.4 “有限元分析FEA”的一般步驟 .............................................................................. 23
1.4.1 建立數學模型 ................................................................................................... 23
1.4.2 建立有限元模型 ............................................................................................... 26
1.4.3 有限元求解 ....................................................................................................... 27
第2 章 生成“算例” ............................................................................................................... 29
2.1 算例 .............................................................................................................................. 29
2.1.1 生成算例 ........................................................................................................... 29
2.1.2 刪除“算例” ................................................................................................... 30
2.1.3 查看“算例” ................................................................................................... 30
2.2 “算例”類型 .............................................................................................................. 31
2.2.1 靜態（應力）算例 ........................................................................................... 31
VIII
2.2.2 頻率算例 ........................................................................................................... 31
2.2.3 扭曲（屈曲）算例 ........................................................................................... 31
2.2.4 熱力算例 ........................................................................................................... 31
2.2.5 跌落測試算例 ................................................................................................... 32
2.2.6 疲勞算例 ........................................................................................................... 32
2.2.7 壓力容器設計算例 ........................................................................................... 32
2.2.8 最佳化算例（設計算例） ................................................................................... 32
2.2.9 子模型算例 ....................................................................................................... 33
2.2.10 非線性算例 ..................................................................................................... 34
2.2.11 線性動力算例 ................................................................................................. 34
2.3 使用“2D 簡化”算例 ................................................................................................ 35
2.3.1 “2D 簡化”算例概述 ..................................................................................... 35
2.3.2 定義“2D 簡化”算例 ..................................................................................... 36
2.3.3 創建2D 截面 .................................................................................................... 37
2.3.4 查看結果 ........................................................................................................... 38
2.3.5 “2D 簡化”分析時的限制 ............................................................................. 40
2.4 算例樹特徵 .................................................................................................................. 40
2.4.1 “夾具”與“載荷” ....................................................................................... 41
2.4.2 連線 ................................................................................................................... 41
2.4.3 其他特徵 ........................................................................................................... 41
第3 章 材料模型與材料屬性 ................................................................................................... 42
3.1 關於材料 ...................................................................................................................... 42
3.1.1 “結構”和“熱力”算例使用的模型 ........................................................... 43
3.1.2 “非線性”算例使用的模型 ........................................................................... 43
3.1.3 “跌落測試”算例使用的模型 ....................................................................... 44
3.2 定義材料 ...................................................................................................................... 44
3.2.1 定義材料屬性 ................................................................................................... 44
3.2.2 使用SolidWorks 中定義的材料 ...................................................................... 44
3.2.3 從材料庫中指派材料 ....................................................................................... 46
3.2.4 材料屬性 ........................................................................................................... 46
3.3 彈性模型 ...................................................................................................................... 47
3.3.1 “彈性模型”與“本構關係” ....................................................................... 47
3.3.2 線性彈性材料模型的假設 ............................................................................... 47
3.3.3 “同向性”材料和“正交各向異性”材料 ................................................... 48
3.3.4 線性彈性同向性模型 ....................................................................................... 49
3.3.5 線性彈性正交各向異性模型 ........................................................................... 50
3.3.6 非線性彈性材料模型 ....................................................................................... 56
3.4 塑性模型 ...................................................................................................................... 56
3.4.1 塑性von Mises 模型 ......................................................................................... 56
3.4.2 塑性Tresca 模型 ............................................................................................... 57
目 錄
IX
3.4.3 塑性“Drucker-Prager”模型 .......................................................................... 58
3.5 超彈性模型 .................................................................................................................. 58
3.5.1 超彈性“Mooney-Rivlin”與“Ogden”模型 ................................................ 58
3.5.2 超彈性Blatz-Ko 模型....................................................................................... 59
3.6 蠕變模型 ...................................................................................................................... 59
3.7 黏彈性模型 .................................................................................................................. 60
第4 章 夾具與“約束” ........................................................................................................... 61
4.1 概述 .............................................................................................................................. 61
4.1.1 “約束”類型 ................................................................................................... 61
4.1.2 防止剛性實體運動 ........................................................................................... 62
4.1.3 實體模型的適當約束 ....................................................................................... 63
4.1.4 “外殼”模型的約束 ....................................................................................... 65
4.1.5 套用約束 ........................................................................................................... 66
4.2 標準“約束” .............................................................................................................. 66
4.2.1 “固定”約束與“不可移動”約束 ............................................................... 66
4.2.2 “滾柱/滑動”約束 .......................................................................................... 69
4.2.3 “固定鉸鏈”約束 ........................................................................................... 69
4.3 “高級”約束 .............................................................................................................. 69
4.3.1 “對稱”約束 ................................................................................................... 69
4.3.2 周期性對稱 ....................................................................................................... 73
4.3.3 使用參考幾何體 ............................................................................................... 75
4.3.4 “在平面上”約束 ........................................................................................... 78
4.3.5 “在圓柱面上”約束 ....................................................................................... 79
4.3.6 “在球面上”約束 ........................................................................................... 80
第5 章 載荷 ............................................................................................................................... 82
5.1 “載荷”和“約束”的關係 ...................................................................................... 82
5.1.1 “方向性載荷”與“位移”約束 ................................................................... 83
5.1.2 用於“結構”算例的載荷類型 ....................................................................... 83
5.1.3 用於“熱力”算例的載荷類型 ....................................................................... 84
5.2 “載荷/夾具”選項 ..................................................................................................... 85
5.3 “壓力”載荷 .............................................................................................................. 85
5.3.1 設定“壓力”載荷選項 ................................................................................... 86
5.3.2 定義均勻壓力載荷 ........................................................................................... 87
5.3.3 定義非均勻壓力載荷 ....................................................................................... 88
5.3.4 修改“壓力”載荷 ........................................................................................... 90
5.4 “力/力矩/扭矩”載荷 ................................................................................................ 91
5.4.1 “力/扭矩”載荷概述 ...................................................................................... 91
5.4.2 “力”屬性管理器 ........................................................................................... 91
5.4.3 定義均勻力載荷 ............................................................................................... 93
5.4.4 定義非均勻力載荷 ........................................................................................... 94
X
5.4.5 修改“力”載荷 ............................................................................................... 96
5.5 “引力”載荷 .............................................................................................................. 96
5.5.1 指定“引力”載荷 ........................................................................................... 97
5.5.2 修改“引力”載荷 ........................................................................................... 98
第6 章 格線化模型 ................................................................................................................... 99
6.1 設定“格線”選項 ...................................................................................................... 99
6.1.1 “格線化”綜述 ............................................................................................... 99
6.1.2 “格線品質”選項組 ..................................................................................... 102
6.1.3 “格線設定”選項組 ..................................................................................... 102
6.1.4 “兼容”和“不兼容”格線 ......................................................................... 103
6.1.5 “自動成環”選項 ......................................................................................... 104
6.2 “實體”格線與“殼體”格線 ................................................................................ 104
6.2.1 “實體”格線 ................................................................................................. 104
6.2.2 “殼體”格線 ................................................................................................. 105
6.2.3 混合格線 ......................................................................................................... 107
6.3 模型格線化 ................................................................................................................ 107
6.3.1 格線化之前的檢查 ......................................................................................... 107
6.3.2 設定“格線控制” ......................................................................................... 108
6.3.3 套用“格線控制” ......................................................................................... 112
6.3.4 生成格線 ......................................................................................................... 113
6.4 用殼體格線建模 ........................................................................................................ 115
6.4.1 殼體管理器 ..................................................................................................... 115
6.4.2 用殼體格線建模 ............................................................................................. 118
6.5 格線品質檢查與失敗診斷 ........................................................................................ 121
6.5.1 格線品質檢查 ................................................................................................. 121
6.5.2 格線化失敗的診斷 ......................................................................................... 123
6.5.3 識別失敗的零部件 ......................................................................................... 125
6.5.4 格線化失敗的處理 ......................................................................................... 125
6.5.5 重建格線 ......................................................................................................... 126
6.5.6 更新零部件 ..................................................................................................... 127
6.5.7 增量格線化 ..................................................................................................... 127
6.5.8 重新格線化選定實體 ..................................................................................... 128
第7 章 運行“算例”、結果分析 ........................................................................................... 129
7.1 運行“算例”、生成報告 .......................................................................................... 129
7.1.1 運行“算例” ................................................................................................. 129
7.1.2 算例報告 ......................................................................................................... 130
7.1.3 設定結果圖解 ................................................................................................. 131
7.1.4 使用“設定”屬性管理器 ............................................................................. 134
7.1.5 使用“圖解”屬性管理器 ............................................................................. 136
7.1.6 使用“選項”對話框 ..................................................................................... 137
目 錄
XI
7.1.7 設定“軸”對話框 ......................................................................................... 138
7.1.8 保存、複製、刪除圖解 ................................................................................. 139
7.2 “應力圖解” ............................................................................................................ 141
7.2.1 打開“應力圖解” ......................................................................................... 141
7.2.2 “應力圖解”屬性管理器 ............................................................................. 142
7.2.3 繪製主要應力圖解 ......................................................................................... 143
7.2.4 編輯“接觸壓力”圖解 ................................................................................. 144
7.3 “位移圖解” ............................................................................................................ 144
7.3.1 打開“位移圖解” ......................................................................................... 144
7.3.2 編輯“位移圖解” ......................................................................................... 145
7.4 “應變圖解” ............................................................................................................ 146
7.4.1 打開“應變圖解” ......................................................................................... 146
7.4.2 編輯“應變圖解” ......................................................................................... 146
7.5 製作圖解動畫 ............................................................................................................ 147
7.5.1 製作圖解動畫 ................................................................................................. 147
7.5.2 播放動畫 ......................................................................................................... 148
7.6 列舉結果 .................................................................................................................... 148
7.6.1 列表應力 ......................................................................................................... 149
7.6.2 列表位移 ......................................................................................................... 151
7.7 生成“等曲面(Iso)剪裁” ......................................................................................... 152
7.7.1 設定“Iso 剪裁”屬性 ................................................................................... 152
7.7.2 生成等曲面圖解 ............................................................................................. 153
7.8 評估設計的安全性 .................................................................................................... 154
7.8.1 安全係數定義 ................................................................................................. 154
7.8.2 失效準則 ......................................................................................................... 155
7.8.3 使用“最大von Mises 應力”準則 ............................................................... 155
7.8.4 使用“最大抗剪應力準則” ......................................................................... 157
7.8.5 使用“Mohr-Coulomb 應力”準則 ............................................................... 158
7.8.6 使用“最大正應力”準則 ............................................................................. 158
7.8.7 查看模型的“安全係數”圖解 ..................................................................... 158
7.8.8 對裝配體使用設計檢查 ................................................................................. 159
7.9 探測結果、繪製結果圖表 ........................................................................................ 159
7.9.1 探測結果圖解 ................................................................................................. 159
7.9.2 探測剖面圖解 ................................................................................................. 160
7.9.3 探測格線圖解 ................................................................................................. 161
第8 章 線性靜態分析 ............................................................................................................. 163
8.1 線性靜態分析的假設 ................................................................................................ 163
8.1.1 線性假設 ......................................................................................................... 163
8.1.2 彈性假定 ......................................................................................................... 164
8.1.3 靜態假定 ......................................................................................................... 164
XII
8.2 基本量的定義 ............................................................................................................ 165
8.2.1 應變 ................................................................................................................. 165
8.2.2 應力 ................................................................................................................. 165
8.2.3 應力分量 ......................................................................................................... 165
8.2.4 主應力 ............................................................................................................. 166
8.2.5 等量應力 ......................................................................................................... 166
8.3 應力的計算 ................................................................................................................ 167
8.4 靜態分析的選項 ........................................................................................................ 167
8.4.1 設定“縫隙/接觸”選項 ................................................................................ 167
8.4.2 “大型位移”選項 ......................................................................................... 169
8.4.3 設定“解算器” ............................................................................................. 169
8.5 靜態分析的自適應方法 ............................................................................................ 170
8.5.1 靜態分析的自適應 ......................................................................................... 170
8.5.2 “h-方法” ...................................................................................................... 171
8.5.3 “p-方法” ...................................................................................................... 172
8.6 靜態分析的步驟 ........................................................................................................ 173
8.6.1 線性靜態分析需要的輸入內容 ..................................................................... 173
8.6.2 執行靜態分析的步驟 ..................................................................................... 174
8.6.3 線性靜態分析的輸出內容 ............................................................................. 175
8.7 “p-自適應”方法的使用 ......................................................................................... 177
8.7.1 分割零件 ......................................................................................................... 177
8.7.2 生成靜態分析 ................................................................................................. 178
8.7.3 設定“p-自適應”選項 .................................................................................. 178
8.7.4 套用約束 ......................................................................................................... 179
8.7.5 套用壓力 ......................................................................................................... 181
8.7.6 格線化模型、運行分析 ................................................................................. 182
8.8 “h-自適應”方法的使用 ......................................................................................... 183
8.8.1 生成算例並定義“h-自適應”分析 .............................................................. 183
8.8.2 採用“h-自適應”方法時格線化模型 .......................................................... 184
8.9 運行算例、分析結果 ................................................................................................ 185
8.9.1 運行分析 ......................................................................................................... 185
8.9.2 顯示“自適應”轉換後的格線 ..................................................................... 185
8.9.3 觀閱整體X-方向的正應力 ............................................................................ 186
8.9.4 觀看“收斂圖表” ......................................................................................... 187
8.9.5 比較結果 ......................................................................................................... 187
第9 章 零件的靜態應力分析 ................................................................................................. 189
9.1 實體零件的靜態分析 ................................................................................................ 189
9.1.1 打開零件、指派材料 ..................................................................................... 189
9.1.2 生成靜態分析算例 ......................................................................................... 190
9.1.3 添加約束 ......................................................................................................... 191
目 錄
XIII
9.1.4 添載入荷 ......................................................................................................... 192
9.1.5 生成格線 ......................................................................................................... 192
9.1.6 運行算例 ......................................................................................................... 193
9.1.7 分析結果 ......................................................................................................... 193
9.2 鈑金零件的靜態應力分析 ........................................................................................ 196
9.2.1 生成靜態算例1 .............................................................................................. 196
9.2.2 在“算例1”中套用約束 .............................................................................. 197
9.2.3 在“算例1”中套用“壓力”載荷 .............................................................. 197
9.2.4 格線化零件、運行算例 ................................................................................. 198
9.2.5 生成靜態“算例2” ...................................................................................... 201
第10 章 裝配體的靜態分析 ................................................................................................... 202
10.1 生成靜態分析 .......................................................................................................... 202
10.2 定義材質 .................................................................................................................. 203
10.3 套用約束、添載入荷 .............................................................................................. 204
10.3.1 設定約束 ....................................................................................................... 204
10.3.2 添載入荷（套用方向性力） ....................................................................... 205
10.4 格線化裝配體 .......................................................................................................... 206
10.4.1 設定格線化選項 ........................................................................................... 206
10.4.2 格線化裝配體 ............................................................................................... 206
10.5 運行靜態分析 .......................................................................................................... 206
10.6 分析結果 .................................................................................................................. 206
10.6.1 分析von Mises 應力 ..................................................................................... 206
10.6.2 觀察“合力位移” ....................................................................................... 207
10.6.3 對等要素“應變” ....................................................................................... 208
10.7 壓縮零部件、重新分析 .......................................................................................... 208
10.7.1 壓縮零部件 ................................................................................................... 208
10.7.2 約束新模型 ................................................................................................... 209
10.7.3 重新格線化新模型、運行“分析” ........................................................... 209
10.7.4 列舉“反作用力” ....................................................................................... 210
10.7.5 生成von Mises 應力圖解的剖面圖解 ......................................................... 211
10.7.6 控制剖面圖解 ............................................................................................... 212
10.7.7 探測剖面圖解上的應力結果 ....................................................................... 213
第11 章 “接頭”的套用 ....................................................................................................... 214
11.1 接頭 .......................................................................................................................... 214
11.1.1 “連線”與“接頭” ................................................................................... 214
11.1.2 “接頭” ....................................................................................................... 215
11.2 “螺栓”接頭 .......................................................................................................... 216
11.2.1 關於“螺栓”接頭 ....................................................................................... 216
11.2.2 “螺栓”接頭屬性管理器 ........................................................................... 217
11.2.3 “類型”選項組 ........................................................................................... 218
XIV
11.2.4 “緊密配合”複選框 ................................................................................... 220
11.2.5 螺栓接頭的分析 ........................................................................................... 223
11.2.6 定義載荷和約束 ........................................................................................... 226
11.2.7 定義局部接觸條件 ....................................................................................... 227
11.2.8 格線化模型、運行分析 ............................................................................... 228
11.2.9 分析von Mises 應力 ..................................................................................... 229
11.3 “剛性”接頭 .......................................................................................................... 229
11.3.1 生成“剛性”接頭的靜態算例 ................................................................... 229
11.3.2 定義“剛性”接頭 ....................................................................................... 229
11.3.3 約束模型 ....................................................................................................... 230
11.3.4 定義載荷 ....................................................................................................... 231
11.3.5 格線化模型和運行分析 ............................................................................... 231
11.4 “銷釘”接頭 .......................................................................................................... 232
11.4.1 “銷釘”接頭的特點 ................................................................................... 232
11.4.2 生成靜態分析 ............................................................................................... 234
11.4.3 定義銷釘接頭 ............................................................................................... 236
11.4.4 定義接觸條件 ............................................................................................... 237
11.4.5 格線化零件、運行算例 ............................................................................... 238
11.4.6 列出每個銷釘的力 ....................................................................................... 239
11.4.7 銷釘接頭的其他選項 ................................................................................... 239
11.5 “彈簧”接頭與“彈性支撐” .........
