一、SolidWorks Simulation软件及其功用

　　计算机辅助工程CAE软件有专用软件和通用软件两大类。专用软件是针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化的；通用软件可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟和预测、评价和优化，以实现产品技术创新的。无论专用还是通用，CAE软件的主体就是有限元分析软件。有限元方法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的，所以称为有限元法。这种方法灵活性很大，只要改变单元的数目，就可以使解的精确度改变，得到与真实情况无限接近的解。

　　SolidWorks Simulation软件是从SolidWorks2009开始，由其著名的有限元分析软件COSMOSWorks改名而来的。其为了体现设计仿真一体化的解决方案，在无缝集成界面做了创造性的改变，将仿真界面、仿真流程无缝融入到SolidWorks的设计过程中。凭借其快速解算器的强有力支持，可令用户通过个人计算机快速解决大型问题。采用一种近似数值分析的方法，以辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题。

　　二、SolidWorks Simulation软件在产品开发中的应用

　　基于Solidworks Simulation软件强大的辅助分析及优化设计的功能，我们在进行一款医疗公司的医疗床产品开发时，对该医疗床的应力进行有限元分析，并对医疗床的材质、约束和载荷进行设定，通过虚拟分析结果来对设计进行优化和改进，从而帮助企业缩短产品开发周期，同时也保证了产品的可靠性。

　　使用Solidworks Simulation软件进行应力有限元分析时，通常包括如下几个步骤：

　　（一）构建或打开模型，加栽插件，选择静态分析

　　首先需要使用Solidworks软件构建或打开已构建好的医疗床三维模型，然后在插件项目中选择Solidworks Simulation插件（如图1a所示，勾选该项），确定后系统即加载Simulation插件，则屏幕上方就有Solidworks Simulation的插件按钮。

图1 加载启用Simulation插件

　　在simulation插件按钮中，选择新建算例，如图1b所示。Solidworks Simulation可以分析产品的很多项力学分析，包括产品的震动频率、产品所受的热应力、产品的跌落测试等等，在此选择静态分析，可对线性材料零部件进行应变，位移，应力以及安全系数的分析。

　　（二）定义产品的材料

　　接着进行产品材质的定义，如选用6063铝型材作为床体的材料，ABS工程塑料作为医疗床外壳的材料。6063工业用铝型材的抗拉强度σb≥205MPa屈服强度σ0.2≥170MPa伸长率δ5≥9%，价格便宜，且可进行多种方式的表面处理，能保证产品美观结实且轻便；ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点。这些材质的特性在软件材质库中都有清晰的表述，如图2所示。

图2 产品材质的定义

　　（三）设置固紧方式，确定约束关系

　　为了实现产品的力学分析，还必须设置产品的固紧方式，确定固定不动的部位，以明确约束关系。对于医疗床产品而言，床面及其支脚的几何固定关系已在建模时确定，因此，只要按工作时产品底部固定不动进行设置，如图3所示选择固定底部面组即可。

图3 选择固定面组

　　（四）给产品添加载荷

　　当约束关系确定后，便可以根据使用情况给产品添加载荷。按照产品自重及其最大承载体重100kg，各添加1000N的力，力的施加方向如图4所示，力的单位选择SI标准，按照条目数选择。

图4 添加受力载荷

　　（五）分析产品构件，查看分析报表

　　完成以上项目后，即可开始实施有限元分析。选择分析功能，Solidworks Simulation软件便可自动地对产品进行应力、安全系数等的分析，如图5所示，可在屏幕上看到其分析结果，包括应力、位移和应变信息等。不同的颜色区域即代表不同的受力变化情况，蓝色表示产品所受屈服力小的区域，红色表示屈服力大的区域。

图5 应力分析结果图

　　最后我们可以得到Solidworks Simulation软件的分析报表，分析报表内容非常详尽，包括目录、图表清单、说明、假设、模型信息、算例属性、单位、材料属性、载荷和约束、接头定义、接触、网格信息、传感器结果、反作用力、自由实体力、螺栓力、销钉力、横梁、算例结果、结论等内容。

　　依照以上过程，我们可以改变载荷设定后再次进行应力应变分析，通过对几次分析结果的比较，探索出其规律及影响因素、找出其允许承受的最大载荷等，由此即可在产品理论设计阶段就了解产品的受力情况和安全系数，避免设计缺陷，缩短产品上市时间。

　　三、SolidWorks Simulation软件在产品开发中的作用

　　在以往的产品开发中，我们往往是先根据设计做出产品的样品，然后根据样品做各种力学试验，再针对试验结果做出修改，相对费时费力。现在随着计算机性能的大幅提高，采用多种多样的计算机辅助工程CAE)软件可以增加设计功能，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性，减少设计成本，同时CAE分析起到的“虚拟样机”作用在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性。Solidworks Simulation软件作为法国达索公司开发的一款高性能CAE软件，在全球得到了众多企业的好评。它提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析，可以细化分析到某一连接部件的信息，使得广大设计人员能够在产品设计阶段不需要做出产品的样品，直接利用设计模型做力学仿真，找出产品的设计缺陷进行修改，从而显著降低产品的开发成本和开发周期，提高设计及生产效率。