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

　　solidworks有限元分析應用于機械、汽車、家電、電子產品、家具、建筑、醫學骨科等產品設計及研發。其作用是：確保產品設計的安全合理性，同時采用優化設計，找出產品設計最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在產品制造或工程施工前預先發現潛在的問題; 模擬各種試驗方案，減少試驗時間和經費; 是產品設計研發的核心技術。看板網根據超過十年的項目經驗和培訓經驗，提醒各位朋友，有限元分析，不同于繪圖。以下是看板網總結的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分析。

　?。ǘ㏒olidWorks的插件形式：

　　SimulationWorks Designer——對零件或裝配體的靜態分析。

　　SimulationWorksProfessional——對零件或裝配體的靜態、熱傳導、扭曲、頻率、掉落測試、優化、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分析。

　　（三）單獨發行形式：

　　Simulation DesignSTAR——功能與SimulationWorks Advanced Professional相同。

　　二、使用FEA的一般步驟：

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

　　方法與步驟

　?。ㄒ唬┙祵W模型

　　有時，需要修改CAD幾何模型以滿足網格劃分的需要，（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為不重要的幾何特征，如外圓角、圓邊、標志等。

　　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“使用中面的殼網格”做為“網格類型”，SimulationWorks會自動地創建曲面幾何體）。

　　3、清除：因為用于劃分網格的幾何模型必須滿足比實體模型更高的要求。如模型中的細長面、多重實體、移動實體及其它質量問題會造成網格劃分的困難甚至無法劃分網格—這時我們可以使用CAD質量檢查工具（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?。〉绻治龅哪康氖钦页鰣A角附近的應力分布，那么此時非常小的內部圓角應該被保留）。

　?。ǘ┙⒂邢拊Ｐ停碏EA的預處理部分，包括五個步驟：

　　1、選擇網格種類及定義分析類型（共有靜態、熱傳導、頻率…等八種類別）——這時將產生一個FEA算例，左側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生誤差的地方。通常的誤差來自于過約束模型，其后果是：結構過于剛硬并低估了實際變形量和應力值。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、線、面”上的全部這些節點所受到的約束。

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

　　對“Solid mesh”而言，因為節點無轉動自由度，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，模型不可能再發生除彈形變形之外的位移（在FEA的靜態分析中，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：在現實中，只能大概地知道載荷的大小、分布、時間依賴關系。所以，必須在FEA分析中通過簡化的假設做出近似的估計。因此，定義載荷會產生較大的建模誤差（理想化誤差）。

　　注：前面的四項統稱為FEA分析的“預處理”，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、網格劃分：

　?。?）SimulationWorks中只有兩類單元：一階單元（草稿品質單元）和二階單元（高品質單元）?；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個角節點，1個高斯點）、二階實體四面體單元（有4個角節點和6個中間節點，共計10個節點，4個高斯點）、一階三角形殼單元（只有3個角節點，1個高斯點）、二階三角形殼單元（有3個角節點和3個中間節點，共計6個節點，3個高斯點）——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。

　?。?）單元的品質可通過SW菜單： SimulationWorks→Options…→選Mesh標簽…

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

　?。?）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格劃分，而一張金屬板材最好使用殼單元。

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

　　（7）在進行網格劃分時，單元在匹配幾何體的過程中會經歷變形扭曲，但過度的扭曲會導致單元的惡化，從而導致計算量徒增和計算精度大大地降低，甚至會無法計算。為此，需要通過控制默認單元的大小（即SW菜單： SimulationWorks→Mesh→Create…，其中：Coarse對應大，Fine對應?。┗驊镁植烤W格控制（即SW菜單： SimulationWorks→Mesh→Apply Control…）來避免單元的過度扭曲。

　?。?）網格質量保證：包括長寬比檢查和Jacobian檢查， 這些檢查由程序自動執行。

　　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/四面體的頂點到其相對面的法向距離的最小長度值。這里，頂點的相對面需用正四面體正則化，并假定四面體的4個角點之間用直線相連。非常小的正四面體單元的長寬比可近似地認為是1.0。作為長寬比檢查的一部分，SimulationWorks還自動執行邊長檢查、內切圓和外接圓檢查，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值，而負的雅可比行列式會導致FEA程序的終止。Jacobian檢查是基于一系列點（高斯點或節點），這些點位于每個單元中。通常情況下，雅可比率小于或等于40是可以接受的。SimulationWorks會自動調整扭曲單元的中節點位置，以確保所有的單元能通過雅可比檢查。在二次單元中，單元邊界上的中節點放置在真實的幾何體上；但在尖劈和彎曲邊界，將中節點放置在真實幾何體上會導致產生邊緣下相互重疊的扭曲單元。對正四面體而言，所有中節點均精確地定位在直邊中點，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檢查設置可通過SimulationWorks→options…→Mesh標簽來實現。

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

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

　?。?0）實際的網格劃分過程，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——即先將節點置于邊界上，這一步被稱做表面劃分；

　　第三步，創建網格——用四面體單元來填充實體體積。

　?。?1）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，觀察是否出現錯誤信息“處理修整的表面實體失敗”。

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

　?。?3）如果第三步失敗，則表明錯誤發生在體積填充階段。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實現了自動“局部網格控制”，因而“網格劃分”完全不再需要人工干預。

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　　在結構分析中，FEA首先計算的是網格中每個節點的位移（矢量），再在此基礎上計算應變和應力等其它物理量；在熱分析中，FEA首先計算的是網格中每個節點的溫度（標量），再在此基礎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動。但剛體運動可用解算器選項來處理，比如，使用軟彈簧來穩定模型，或使用平面內作用、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，FFEPlus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、計算機資源——在計算機可用的內存足夠多時，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——當模型中使用的材料彈性模量差異較大時（比如鋼和尼龍），FFEPlus（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為“自動”。

　　選擇求解器的命令為：SimulationWorks→Options…→選Results標簽。

　?。ㄋ模┙Y果分析

　　對結果的正確解釋需要我們熟悉理解：i）。各種假設，如在靜態分析中的

　　材料線性假設、小變形假設、靜態載荷假設；ii）。簡化約定；iii）。前面三步中產生的誤差，如建模誤差（也稱理想化誤差）、離散誤差（劃分網格時產生的誤差）、數值誤差（求解過程中產生的誤差）。在這三種誤差當中，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——網格單元越小，離散誤差越低；影響數學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來控制；數值誤差（求解誤差）是在計算過程中產生的，難于控制，但它們通常比較小。

　　執行“SimulationWorks→Options…→Results標簽→Automatic Results Plots按鈕”，可確定要在程序界面中顯示的計算項目的結果。

　　結果中的波節應力（Node values）是指單元節點上的應力，而單元應力（Element values）則是指單元高斯點上的應力。

　　單元應力和波節應力一般是不同的，但若兩者相差過大，則說明網格劃分不夠精細。

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

　　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，所以如果要實現有限元分析，最好要有一定的基礎。