懸臂梁模型的Solidworks與ANSYS有限元分析對比

宋丕偉 劉 軍 程 瑞 趙錦陽 隋長勝

（大連科技學院，大連 116052）

Solidworks是一款在Windows環境下進行數字化設計、建模的數字化軟件，該軟件以其友好的交互界面在國際上得到廣泛的應用。Solidworks軟件不僅可以進行軟件的建模，還可進行誤差分析、靜力分析以及流場分析等。通過該軟件的SimulationXpress插件，人們可以進行零件的靜力分析，該軟件提供了分析向導，對于初學者來說，使用起來十分方便，只需要按照向導添加約束以及載荷等操作即可完成靜力分析。

ANSYS是一款集力學、熱學、電磁學等于一體的大型有限元分析軟件，以其強大的計算分析能力被廣泛應用于工程實踐中。在產品虛擬樣機的設計階段，基本都會涉及有限元分析。人們可以將ANSYS有限元分析的結果作為一個重要的參考因素。

使用過ANSYS的用戶大多數都感覺該軟件的操作界面不友好。尤其對于初學者來說，該軟件的操作過程十分復雜，使用者需要設置的選項較多，操作十分不便。Solidworks也具有靜力學分析的能力，并且操作簡單。如果Solidworks軟件的分析結果與比較權威的ANSYS的分析結果相近，那么初學者可以使用Solidworks代替ANSYS進行有限元分析。

1 懸臂梁模型分析計算

懸臂梁是力學分析中的一個典型的模型。假定某懸臂梁長度為1m，該懸臂梁的橫截面為邊長等于0.1m的正方形，在該懸臂梁的上表面承受均布載荷的作用，該均布載荷q的大小為100000Pa。在進行理論計算時，首先對該模型進行簡化，如圖1所示。該懸臂梁的彎矩圖如圖2所示。

圖1 懸臂梁的簡化模型

圖2 懸臂梁所受彎矩圖

該懸臂梁在最左端承受的最大彎矩為：

2 Solidworks與ANSYS靜力學分析

在Solidworks中建立該懸臂梁的模型，并直接使用SimulationXpress分析向導中設置好懸臂梁相關參數，并在懸臂梁的一端添加固定約束，在上表面添加載荷，最后進行靜力學分析，分析的結果如圖3所示。

圖3 SimulationXpress分析結果

在ANSYS有限元分析軟件中對懸臂梁模型進行建模，設置好單元格類型之后，對該模型進行網格劃分。劃分的網格如圖4所示。

在網格劃分之后的模型上分別添加約束與載荷，并對該模型進行有限元分析，通過后處理器顯示von Mises應力，如圖5所示。

3 靜力學分析結果對比

通過理論計算，人們可以分析出該懸臂梁承受的最大應力為30MPa。通過Solidworks進行靜力學分析后，該懸臂梁承受的最大應力為38.4MPa，如圖3所示。通過ANSYS有限元分析后，該懸臂梁的最大應力為37.6MPa。由于理論計算時將該懸臂梁進行理想化的簡化，其計算結果的準確度較低，僅可以提供一定的參考作用。Solidworks與ANSYS軟件靜力學分析的結果比較接近，相差不超過2%。Solidworks軟件的靜力學分析過程比ANSYS靜力學分析的過程要簡單很多，所以初學者在應對簡單的靜力學分析案例時，可以采用Solidworks中的SimulationXpress插件進行。

圖4 網格劃分

圖5 有限元分析結果

4 結語

通過對比相同模型在Solidworks與ANSYS中的分析過程及結果，得出Solidworks軟件的靜力學分析結果與權威有限元分析軟件結果非常接近。在簡單靜力學分析場合，人們可以使用Solidworks軟件代替ANSYS，這為工程技術人員進行靜力學有限元分析提供了參考。