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達索系統(tǒng)：通過功能強大的 CAD 內仿真實現(xiàn)出色的產品設計

概述

在當今競爭激烈的環(huán)境下，設計成功的創(chuàng)新產品需要仿真功能予以支持。如果能夠在制作原型之前對設計的多方面物理性能特性進行分析，就能大幅提高生產率。公司需要強大的仿真工具，以有效應對時間、預算和質量方面的需求。SOLIDWORKS? Simulation 提供了強大的仿真功能，可通過結構、熱、頻率、動力學和流體仿真來解決復雜的分析問題，從而幫助您更快速、更經濟高效地設計更出色、更具創(chuàng)新性的產品。

模擬復雜的物理現(xiàn)象以推動創(chuàng)新

富于創(chuàng)新、可靠、高效，這些不僅僅是成功產品設計的特性，同樣也是能夠創(chuàng)造這些產品的設計和工程組織的特性。要開發(fā)出這樣的產品，您必須盡可能多地獲取關于設計在真實條件下表現(xiàn)如何的信息，并且能夠盡快獲取這些見解。制造商再也不能奢侈地執(zhí)行長期物理測試來了解其設計將如何表現(xiàn)。要想將創(chuàng)新、可靠的產品迅速推向市場，就必須采用仿真技術。

不是所有仿真軟件包都能做到。在許多情況下，您模擬的復雜物理行為都需要功能強大的非線性、動力學、流體流動和耦合仿真功能，就像 SOLIDWORKS Simulation 中提供的功能一樣。通過對影響設計的復雜物理現(xiàn)象進行模擬，您收集到的關鍵信息將幫助您作出重要的設計決策。通過利用 SOLIDWORKS Simulation 軟件來更輕松地執(zhí)行復雜分析，您可以比以往更快地獲取此類信息，并且完全不需要擁有理工科博士學位。

全球眾多成功的制造商都在使用 SOLIDWORKS Simulation，因為它允許其工程師們以輕松、直接的方式來模擬復雜的物理現(xiàn)象。憑借在用戶界面設計、強大解算器技術和高級結果可視化工具中的開創(chuàng)性工作，SOLIDWORKS 創(chuàng)建的高級仿真平臺可解決充滿挑戰(zhàn)的分析問題。通過利用多核、多處理器計算機，SOLIDWORKS Simulation 可以高效、經濟的方式解決您的工程問題。

SOLIDWORKS Simulation 針對困難的分析問題提供了準確、高效的解決方案，可以加快上市時間、優(yōu)化材料使用、盡量減少設計不確定性、消除錯誤、防止退貨和保修索賠，同時提高可盈利性。最重要的是，模擬復雜物理現(xiàn)象可以幫助您推動創(chuàng)新，因為它能揭示與設計相關的重要見解，而通過其他任何方式都是無法了解到這些情況的。
通過使用 SOLIDWORKS Simulation 技術，您可以在工程團隊之間開展協(xié)作、促進團隊成員的職業(yè)發(fā)展，同時推動設計創(chuàng)新。您還可以發(fā)展成為創(chuàng)新、可靠、高效的設計和工程組織，形成一種能吸引、留住和激勵熟練工程專業(yè)人士的出色工作環(huán)境。

非線性、動力學的世界

要準確模擬設計的結構行為，您需要強大且可靠的分析功能，例如 SOLIDWORKS Simulation 中提供的功能。您創(chuàng)建和設計產品所在的物理世界不是平面、線性的領域，結構響應并不始終與施加的載荷成正比，真實世界是 3D、非線性、動力學的世界。
仿真技術允許您使用基于計算機的數(shù)學建模來逼近和模擬物理宇宙的復雜現(xiàn)象。要生成盡量接近現(xiàn)實的估算值，您需要 SOLIDWORKS Simulation 強大的非線性和動力學分析。使用線性分析工具粗略了解設計的性能可能對基本概念有所幫助，但是產品設計越來越精細，也帶來越來越多更復雜的分析問題，因此需要非線性分析來準確預測性能。

解決非線性仿真問題

非線性結構分析問題一般分為三大類：非線性材料、非線性幾何體，以及零件之間的非線性相互作用，當然，可能也會出現(xiàn)三種類型并存的仿真難題。您可能正在使用超彈性材料（例如彈性體），而所在的形狀中包含結構非線性（其中響應的變化與施加的力不成比例）以及幾何體非線性（其中位移會改變結構的硬度）。

非線性材料分析的實際應用存在很大差別。在零部件的非線性分析中，“故障”可能取決于材料的屈服程度，而不是像線性分析一樣取決于材料是否屈服。您可能還需要檢查不同的故障模式，例如彎曲、突彈跳變、“油罐效應”或大位移。塑料、合成材料和復合材料等許多現(xiàn)代材料都具有獨特的特性，必須執(zhí)行非線性材料分析以捕獲其復雜的載荷響應行為。越來越多的產品（例如醫(yī)用內支架或塑料夾）都設計為可以變形，并且在拉伸后不會失效。只有通過非線性材料和非線性幾何體分析相結合，才能了解此類行為。

在處理柔性結構中的非線性材料時，您需要將大位移和非線性材料分析結合起來。此類仿真中有一個重要的考慮因素，就是隨著零件的形狀改變，可能會出現(xiàn)被稱為“應力剛化”的現(xiàn)象。應力剛化可能會提高或降低零部件的硬度，具體取決于施加的載荷以及零部件幾何體。與薄膜效應一樣，形狀中相對較小的變化有時會導致硬度發(fā)生較大改變。

處理非線性載荷和邊界條件

術語“非線性”主要是指設計的物理響應性質，但是從性質而言，激發(fā)非線性響應的載荷和邊界條件也可能是非線性或動態(tài)的。當施加的載荷是時間的一個函數(shù)，并且材料響應是位移或溫度的一個函數(shù)時，可能會很難預測設計的響應方式，但是使用 SOLIDWORKS Simulation 卻能輕松模擬。

預測時變載荷以及其他載荷相關效應（例如伴隨交變力、突加力或間歇載荷而發(fā)生的阻尼和慣性）的影響時，需要使用動力學分析功能。

溫度變化的影響還會加入瞬態(tài)熱分析?！凹訜岷屠鋮s”載荷循環(huán)的算例就需要瞬態(tài)熱分析。許多材料都存在著依賴于溫度的特性，而溫度循環(huán)會對設計在遇到工作載荷時的結構響應產生重大影響。
解決動力學仿真問題。

在施加載荷之后，結構不僅僅會出現(xiàn)變形、彎曲、屈服和疲勞，還會出現(xiàn)相當明顯或很難預測的振動。隨著載荷-慣性的耦合或共振造成的周期力，振動可能會被放大。SOLIDWORKS Simulation 中的高級動力學仿真功能使您能夠解算與振動相關的復雜問題，而無論是通過模態(tài)、模態(tài)時間歷史（時間響應）、諧波（頻率響應）、無規(guī)則振動還是跌落測試分析而產生的振動。
在設計帶有移動零件的裝置或機器時，每個人都知道確定某個零件或裝配體的自然頻率以及與這些頻率相關的振動模式有多么重要。要控制振動并創(chuàng)建可平穩(wěn)運行的設計，這一類型的動力學信息至關重要。但是，在時變載荷會激發(fā)一個或多個零部件發(fā)生響應的設計中，研究強制振動特性也同樣重要。

動力學問題涉及到的載荷有時是頻率而不是時間的函數(shù)，例如振動臺，這稱為諧波分析。它有利于許多類型的設計，特別是帶有旋轉零部件的設計。在載荷并不確定的情況下，您可以執(zhí)行不規(guī)則振動分析，它針對載荷定義采用了概率方法，您甚至可以針對地震所產生的載荷執(zhí)行振動影響模擬。

SOLIDWORKS Simulation 提供了簡便易用的跌落測試分析工具，使所有設計人員都能了解其設計從指定高度跌落到平坦表面時所產生的應力。

通過使用 SOLIDWORKS Simulation 來執(zhí)行模態(tài)、模態(tài)時間歷史、諧波、無規(guī)則振動和跌落測試分析，您可以更好地了解設計的動力學特性，并利用該信息來解決機器設計中的振動相關問題，以及在海上或陸上運輸時會出現(xiàn)振動載荷的設計中普遍存在的振動相關問題。

受益于計算流體力學分析

盡管結構仿真代表著大部分的分析需求，但是也越來越需要了解流體（液體或氣體）的行為和動力學對設計性能有何影響。計算流體力學 (CFD) 軟件的早期應用主要集中在交通工具（例如飛機和汽車）的空氣動力學上，作為風洞測試的替代方案，但現(xiàn)在越來越多地用于評估其他流動相關問題，例如冷卻、加熱、通風和基于流的制造和管道流程。

通過使用 SOLIDWORKS Flow Simulation，您可以對任何流體（包括牛頓流體和非牛頓流體）流動的物理特性進行模擬，從而允許您計算會影響設計或流程的液體及氣體的速度、壓力、流速和溫度。某些流體具有以恒定粘性為特征的材料特性，稱為牛頓流體。但是有許多類型的流體（例如聚合物、血液、番茄醬、油漆、淋浴露和熔融塑料）展現(xiàn)出非線性或時間相關關系，不能用單一粘性常量來描述，這些流體被稱為非牛頓流體。

OLIDWORKS Flow Simulation 可以分析液體和氣體的流動，包括高速流動的氣體和在高壓下流動的液體。了解設計修改對流體流動有何影響以及流動變化對設計行為有何影響之后，您就可以優(yōu)化流動并避免潛在的性能問題。

提高流體效率?

在提到流體效率或空氣動力學時，我們中的大多數(shù)人想到的都是線條流暢的賽車、飛機和快艇。的確，執(zhí)行流體流動分析的最常見應用是為了減輕阻力對移動交通工具的影響以加快速度，而對于飛機來說，則是戰(zhàn)略性地布置阻力位置以形成升力。實際上，SOLIDWORKS Flow Simulation 允許您對昂貴的風洞測試中可能會發(fā)生的任何情況進行模擬。

但是，流體力學涉及到的遠遠不止是對象在穿過流體移動時的空氣動力學相互作用。在考慮對象內部的空氣流動，例如氣流穿過空調管道時，流體力學也會發(fā)揮作用。因此，無論您是創(chuàng)建可在空氣中移動的形狀還是定義可改善內部流體流動的幾何體，都可以使用 SOLIDWORKS Flow Simulation 來讓您的設計變得更加高效。

通過使用 SOLIDWORKS Flow Simulation，您可以評估自己是在處理層流還是湍流流動，并發(fā)現(xiàn)會產生旋渦的地方。隨后，您可以修改設計以消除此類有可能會導致流動效率低下的現(xiàn)象。您可以使用流動軌跡、剖面圖解和曲面圖工具來可視化復雜流動的特性。

改善熱管理

流體流動仿真的一項應用越來越廣泛，就是評估流動對設計零部件的溫度有何影響。許多加熱和冷卻系統(tǒng)都依靠流體來傳輸或消散熱量，而流動仿真工具則可以幫助您評估這些系統(tǒng)的性能。SOLIDWORKS Flow Simulation 可以預測液體（例如鍋爐和散熱器）和氣體中的熱傳輸，例如強制空氣加熱和冷卻系統(tǒng)。您還可以針對太陽輻射對設計溫度的影響進行模擬。

通過使用 SOLIDWORKS Flow Simulation，您可以確定最佳入口和出口條件以滿足特定設計目標，包括力、壓降、速度和溫度，您可以觀察流體如何在系統(tǒng)內移動，包括風扇、葉輪和管道對流動特性的影響，甚至對涉及多種流體的情況進行模擬。
利用電子元件的產品及電器開發(fā)正在快速增長，為利用流體流動模擬來研究冷卻系統(tǒng)的有效性創(chuàng)造了一個理想環(huán)境。通過使用 SOLIDWORKS Flow Simulation，您可以評估強制空氣流動（風扇）對發(fā)熱電子零部件有何影響。憑借這一功能強大的工具，您可以應用真實熱載荷并包含散熱模擬器，以快速檢查如何修改流動或設計才能更高效地冷卻電子元件。

您不必耗費時間和金錢來制造原型并測試加熱和冷卻系統(tǒng)，而是可以使用 SOLIDWORKS Flow Simulation 來準確了解系統(tǒng)功能將會如何，以及設計修改將如何提高性能。通過使用這一方法，您將能夠避免現(xiàn)場故障和操作問題，同時還能控制開發(fā)成本。

了解基于流的過程和制造

除了影響傳統(tǒng)產品的性能之外，流體流動還會影響設計用于在壓力下傳輸流體（其中一些功能存在危害）的系統(tǒng)的開發(fā)，以及涉及熔融或液化狀態(tài)材料的制造流程。通過使用 SOLIDWORKS Flow Simulation，您可以徹底了解基于流的系統(tǒng)和制造過程將如何運作，使您能夠修改設計以優(yōu)化性能。

例如，任何時候當液體或氣體在壓力下傳輸和泵動時，都會有各種零部件和裝配體受到流動的影響，包括整個管道上的泵、閥門和調節(jié)器。對其中一些系統(tǒng)來說，溫度可能是很重要的一個變量。而對于其他系統(tǒng)，特別是運輸腐蝕性或危險物品的系統(tǒng)，保持系統(tǒng)完整性以及防止泄漏和排放是壓倒一切的要求。無論涉及哪種類型的流體或如何對其進行處理，SOLIDWORKS Flow Simulation 都能幫助您研究系統(tǒng)的物理特性以及每個零件的性能如何。您還可以了解空隙率、氣穴和濕度等復雜效應，并且跟蹤懸停在流體內的顆粒行為。掌握了此信息之后，您就可以找到潛在問題區(qū)域并優(yōu)化過度設計的零部件。
同樣，如果您的制造流程涉及到處理流體材料，也可以研究流動對性能有何影響。您可以觀察制造設備的設計變更將如何幫助您調節(jié)溫度、壓力、速度和體積。SOLIDWORKS Flow Simulation 讓您擁有了便利的虛擬流體動力學測試實驗室，使您可以高效、經濟地模擬并改善流動性能。

模擬真實環(huán)境需要結合分析

盡管相當一部分的仿真問題都可以檢查出特定類型的物理現(xiàn)象，例如非線性結構、動力學、流體力學和熱分析，但還是有許多情況需要結合采用序列物理方法。序列物理仿真的示例包括熱應力或熱機械（熱/結構）、流體結構相互作用（流體/結構）、熱傳輸流體流動（流動/熱）和流體結構與熱傳輸?shù)南嗷プ饔茫黧w/熱/結構）。?
SOLIDWORKS Simulation 與 SOLIDWORKS Flow Simulation 相結合，為您提供了一款功能強大的集成軟件套件，可用于分析許多可能的物理現(xiàn)象組合，使您能夠明確了解各種物理現(xiàn)象對設計的功能和表現(xiàn)有何影響。

溫度對結構的影響

大多數(shù)產品都并不是部署在溫度恒定不變的環(huán)境下，并且許多產品都會經受加熱和冷卻循環(huán)，可能會影響結構的機械完整性和響應。SOLIDWORKS Simulation 可以幫助您分析熱量對結構性能的影響。

例如，在某些情況下，結構內的熱分布會影響設計如何變形。反過來，結構變形也會影響熱量在整個結構內移動的方式。有時，這種相互作用的性質主要是單向的：結構響應改變熱行為，或者熱響應影響結構性能。其他時候，相互作用是雙向的：每種類型的物理響應都會相互影響。這種交互式過程通常都需要非線性熱/結構分析，以便正確地模擬。

除了需要了解兩種類型的物理現(xiàn)象相互作用的情況之外，還有一些情況下的物理現(xiàn)象相互作用會達到三倍效果。您可以將 SOLIDWORKS Simulation 與 SOLIDWORKS Flow Simulation 結合使用，以解決需要結合熱、流動和結構響應來執(zhí)行序列物理分析的工程難題。?
例如，假設在您正在設計的系統(tǒng)中，流體流動會改變溫度，熱傳輸?shù)淖兓瘯е陆Y構變形，并且變形會造成限制流動的邊界發(fā)生變化。這樣會改變流動的性質，進而影響溫度，而相關物理響應的循環(huán)也將繼續(xù)。這是經典的熱/流動/結構耦合仿真問題。

盡管并非所有工程難題都需要熱/流動/結構三方面耦合的仿真解決方案，但有這種需要的也不少。通過使用 SOLIDWORKS Simulation 解決方案來滿足您對非線性結構、動力學、流體流動和熱分析的需求，您在需要耦合仿真解決方案時將擁有一種功能強大的工具。

利用 SOLIDWORKS SIMULATION 對真實的復雜情況建模

能夠預測設計在真實操作條件下的表現(xiàn)，這是工程的本質所在，也是原型制造的目的。但是，在當今競爭激烈的全球市場上，制造商再也不能承受執(zhí)行廣泛物理測試所需的時間和成本了。設計成功產品的關鍵越來越取決于利用仿真技術來快速、經濟高效地獲取寶貴的設計性能信息，它們能幫助您設計更出色、更創(chuàng)新的產品，并且比競爭對手更快地推向市場。

要準確、高效地模擬真實的復雜情況、物理現(xiàn)象并解決它們對設計的影響，就需要一種像 SOLIDWORKS Simulation 這樣功能強大的分析工具。無論您需要分析的是非線性力學、振動、熱傳遞、流體力學還是耦合系統(tǒng)，SOLIDWORKS Simulation 和 SOLIDWORKS Flow Simulation 的組合都能幫助您克服最困難的工程挑戰(zhàn)。許多領先制造商都在使用 SOLIDWORKS Simulation 解決方案，因為該軟件使他們能夠輕松解決復雜的分析問題。

憑借 SOLIDWORKS Simulation 技術，您將能夠比使用原型制造或其他分析工具更高效、更經濟地解決緊迫且充滿挑戰(zhàn)的工程問題。訪問關鍵設計性能信息將幫助您縮短上市時間、減少材料使用、驗證設計選擇、提高質量、防止退貨和保修索賠，同時提高可盈利性。簡而言之，SOLIDWORKS Simulation 將幫助您和組織變得更具創(chuàng)新性、可靠性和高效性。

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