SolidWorks Simulation (COSMOSWorks) - универсальный инструмент для прочностного анализа методом конечных элементов

SolidWorks Simulation, основанный на методе конечных элементов, существует в трех конфигурациях: собственно SolidWorks Simulation; SolidWorks Simulation Professional; SolidWorks Simulation Premium. Однако даже в минимальной конфигурации модуля прочностного анализа обеспечивается полноценный статический анализ, как детали, так и сборки с использованием конечных элементов твердого тела, поверхностей и балок. Реализованы разнообразные контактные условия и всевозможные виртуальные соединители.
Модули Simulation не делают различия между моделями, созданными в SolidWorks или импортированными в базовый модуль.

Во всех конфигурациях SolidWorks Simulation обеспечивается поддержка для 64-разрядных операционных систем с доступом ко всей оперативной памяти. Также используется многопроцессорность при построении сетки и собственно расчете.

Основные функциональные особенности модуля Simulation для различных конфигураций показаны в таблице.

SolidWorks Simulation

Типы анализа и их особенности:

• Линейная статика
  
• Гипотезы малых и больших перемещений с автоматической реализацией прироста нагрузок
  
• Учет изменения жесткости тонкостенных объектов при действии нагрузок в плоскости

Анализируемые объекты:

• Тела
  
• Поверхности
  
• Структурные элементы сварных конструкций
  
• Произвольные их комбинации в деталях и сборках
  
• Виртуальное упругое полупространство

Контактные условия между объектами:

• Связанные
  
• Вход и выход из контакта со скольжением
  
• Вход и выход из контакта с упругим полупространством
  
• Посадка с натягом
  
• Реализация контактов в вариантах узел к узлу, узел к поверхности, поверхность к поверхности
  
• Разнообразные варианты связывания тел, оболочек и балок, как в пределах детали, так и сборки
  
• Условно выбранный зазор между телами и оболочками
  
• Выбранный зазор между оболочками, построенными на базе объектов из листового металла
  
• Учет трения в контактах со скольжением

Материалы:

• Изотропные упругие
  
• Ортогонально, цилиндрически - и трансверсально-анизотропные упругие
  
• Виртуальные сущности в виде абсолютно жестких объектов

Сетки:

• Пространственных конечных элементов - тетраэдров с линейным и параболическим полем перемещений
  
• Конечных элементов оболочек - криволинейные треугольники с линейным и параболическим полем перемещений
  
• Конечные элементы стержней, балок, а также балок с произвольной комбинацией моментных/безмоментных вариантов связи в узлах
  
• Произвольная комбинация в одной модели тел, оболочек, балок с различными вариантами взаимодействия
  
• Полностью автоматическая генерация сетки и реализации контактных условий с возможностью ручного или автоматического уплотнения на базе двух генераторов сетки. Автоматическая генерация сетки оболочек для деталей из листового материала. Автоматическая генерация сетки для балок/стержней сварных конструкций
  
• Совместные и несовместные сетки с эффективным алгоритмом корректировки несовместных сеток
  
• Адаптивные сетки с автоматическим уплотнением или повышением порядка базовой функции

Граничные условия:

• Силы и моменты в произвольных ортогональных и цилиндрических системах координат
  
• Распределенные нагрузки - постоянные и переменные
  
• Гравитационные и центробежные силы
  
• Симметрия относительно плоскости, оси и циклическая симметрия
  
• Силы и перемещения, действующие на удалении
  
• Виртуальная дистанционная масса
  
• Произвольная комбинация зафиксированных перемещений углов поворота
  
• Виртуальная модель системы вал/опора
  
• Постоянные в пределах каждого тела/оболочки температуры для термоупругого анализа
  
• Импорт динамических и инерционных нагрузок из модуля анализа движения
  
• Импорт давления и температур из модуля анализа течения
  
• Автоматическое уравновешивание динамических нагрузок
  
• Температуры постоянные в пределах каждого тела или оболочки

Виртуальные соединители:

• Болты с предварительным натягом
  
• Штифты с конечной бесконечной жесткостью
  
• Пружины, соединяющие вершины
  
• Жесткая связь граней
  
• Жесткий стержень

Вычислительные процедуры и решатели:

• Прямой решатель для разреженных матриц с возможностью эффективной работы с внешней памятью
  
• Итерационный компактный решатель с возможностью использования внешней памяти

Результаты:

• Перемещения, деформации, напряжения в произвольной ортогональной или цилиндрической системах координат
  
• Силы реакции во всех заделках в произвольном направлении
  
• Контактные напряжения и контактные силы
  
• Усилия в виртуальных болтах и штифтах
  
• Запас прочности по различным критериям прочности для тел, оболочек и соединителей в виде болтов и штифтов
  
• Изолинии и изоповерхности, значения в точке, интегральные величины на геометрических объектах SolidWorks, эпюры функции вдоль кромок
  
• Сохранение деформированного вида тел и оболочек как моделей, ограниченных триангуляцией
  
• Формирование настраиваемых отчетов
  
• Диаграмма с рекомендацией по снятию "лишнего" материала

SolidWorks Simulation Professional

В дополнение к конфигурации Simulation, модуль Simulation Professional содержит следующую функциональность.

Типы анализа и их особенности

• Расчет резонансных форм и частот
  
• Расчет нагрузок потери устойчивости и соответствующих форм в линейной постановке
  
• Прогнозирование многоциклового усталостного разрушения
  
• Расчет сосудов давления по твердотельной модели
  
• Параметрическая оптимизация с использованием размеров SolidWorks в качестве переменных проектирования
  
• Имитация падения податливого тела на жесткое или податливое полупространство
  
• Тепловой расчет без учета движения среды, стационарный и нестационарный
  
• Термоупругий анализ на базе результатов теплового анализа
  
• Учет изменения жесткости под действием нагрузок для задач на собственные значения

Свойства материалов и поверхностей:

• В модели падения - упругие и пластические по Мизесу
  
• В тепловом расчете - изотропные, и анизотропные в смысле тепловых и термомеханических свойств
  
• В тепловом расчете - свойства объектов, участвующих в теплообмене излучением и конвекцией

Граничные и начальные условия:

• Для модели падения - параметры падающего объекта
  
• Для теплового расчета - коэффициенты теплоотдачи, полученные в модуле Flow Simulation
  
• Для теплового расчета - температуры, тепловые потоки, коэффициенты теплоотдачи совместно с температурой среды, параметры среды при теплообмене излучением
  
• Для нестационарного теплового расчета - начальные температуры, как назначенные пользователем, так и взятые из стационарной модели

Виртуальные соединители:

• В зависимости от типа анализа, за исключением собственно статического, большинство виртуальных соединителей недоступно

Вычислительные процедуры и решатели:

• Как привило, для большинства моделей, доступны прямой и итерационный решатели с поддержкой многоядерности/многопроцессорности

Результаты

• Для расчетов на собственные значения - собственные формы, частоты или нагрузки потери устойчивости
  
• Линеаризация напряжений при расчете сосудов давления
  
• Для теплового расчета - поля температур, тепловые потоки, а также интегральные результаты на базе объектов геометрии SolidWorks
  
• Для статического расчета - сохранение деформированного вида тел и оболочек, как моделей, ограниченных гладкими гранями
  
• Для статического расчета - отображение характерных результатов для нескольких исследований
  
• Для имитации падения - поля скоростей и ускорений в движущихся телах

SolidWorks Simulation Premium

В дополнение к конфигурации Simulation Professional, модуль Simulation Premium содержит следующую функциональность.

Тип анализа и их особенности

• Линейный динамический: модальный; случайные колебания; гармонический
  
• Нелинейный динамический
  
• Нелинейный с учетом физической и геометрической нелинейности

Свойства материалов:

• В нелинейном динамическом анализе для тел и оболочек: пластические по Мизесу, гиперупругие по Муни-Ривлину и Огдену, вязкоупругие, с эффектом памяти формы
  
• В статическом нелинейном анализе - те же, плюс материалы с ползучестью. Поддерживается модель больших перемещений и больших пластических деформаций
  
• В линейных динамических моделях можно определить коэффициенты демпфирования материалов

Граничные и начальные условия, параметры настройки:

• Для статического нелинейного анализа - история нагружения
  
• Для динамической модели в дополнение к статической и в зависимости от типа динамического анализа - перемещения, скорости, ускорения, спектр возбуждения; параметры гармонических нагрузок
  
• В зависимости от типа анализа тип и параметр модели демпфирования: модальное и Рэлеевское

Виртуальные соединители:

• Болты с предварительным натягом, соединяющие как тела, оболочки
  
• Штифты с конечной бесконечной жесткостью
  
• Пружины, "сосредоточенные" и "распределенные", в том числе и с предварительным натягом. Пружины, соединяющие концентрические грани с радиальной и тангенциальной жесткостью
  
• Шариковые и роликовые подшипники
  
• Точки контактной сварки
  
• " Жесткая связь граней
  
• Жесткий стержень

Сетки:

• Многослойные анизотропные плоские и криволинейные оболочки с назначенным углом армирования для каждого слоя;
  
• Трехслойные сэндвич-панели.

Результаты

• Доступны параметры, присущие динамическим эффектам: скорости, ускорения, спектральные характеристики
  
• Абсолютное большинство результатов доступно в зависимости от времени
  
• Для большинства всех типов можно получить кривые отклика
  
• Анимация динамических эффектов