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弹性力学仿真软件：SolidWorks Simulation：动态分析与振

动仿真技术教程

1 SolidWorks Simulation 简介

1.1 SolidWorks Simulation 概述

SolidWorks Simulation 是一款集成在 SolidWorks CAD 软件中的高级有限元分

析 (FEA) 工具。它提供了强大的功能，用于预测和分析产品在真实世界载荷和环

境条件下的行为。SolidWorks Simulation 支持多种分析类型，包括线性静态分析、

非线性分析、热分析、模态分析、谐波分析、瞬态动力学分析和优化分析等。

1.1.1 功能特点

� 线性静态分析：用于计算结构在恒定载荷下的应力、应变和位移。

� 非线性分析：考虑材料非线性、接触非线性和几何非线性，以更

准确地预测结构行为。

� 热分析：模拟温度变化对结构的影响，包括热应力和热变形。

� 模态分析：确定结构的自然频率和振型，用于避免共振。

� 谐波分析：分析结构在周期性载荷下的响应。

� 瞬态动力学分析：模拟结构在时间变化载荷下的动态响应。

� 优化分析：通过改变设计参数来优化结构性能，如最小化重量或

成本。

1.2 动态分析与振动仿真的重要性

动态分析与振动仿真在产品设计和工程分析中扮演着至关重要的角色。它

们帮助工程师预测产品在动态载荷下的行为，如振动、冲击和疲劳，这对于确

保产品的安全性和可靠性至关重要。

1.2.1 振动仿真

1.2.1.1 原理

振动仿真通常涉及模态分析和谐波分析。模态分析用于确定结构的自然频

率和振型，而谐波分析则用于评估结构在特定频率的周期性载荷下的响应。这

些分析有助于工程师识别潜在的共振点，避免在实际操作中因共振而引起的结

构损坏。

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1.2.1.2 内容

� 模态分析：通过求解结构的固有振动特性，即自然频率和振型，

来评估结构的动态行为。这对于设计需要承受振动的结构（如发动机支

架、桥梁和建筑物）尤为重要。

� 谐波分析：模拟结构在特定频率的周期性载荷下的响应，以评估

结构的稳定性和性能。这在设计需要承受周期性载荷的设备（如风扇、

压缩机和发电机）时非常有用。

1.2.2 示例：模态分析

假设我们有一个简单的悬臂梁模型，想要通过 SolidWorks Simulation 进行模

态分析，以确定其前几阶的自然频率和振型。

1. 创建模型：在 SolidWorks 中创建一个悬臂梁模型。

2. 定义材料属性：为模型指定材料，如钢，并输入其弹性模量和泊

松比。

3. 设置边界条件：固定梁的一端，模拟悬臂条件。

4. 运行模态分析：在 SolidWorks Simulation 中选择模态分析类型，

设置分析参数，如求解的模态数量。

5. 查看结果：分析完成后，查看自然频率和振型，以评估结构的动

态特性。

1.2.2.1 数据样例

� 模型尺寸：长度 1 米，宽度 0.1 米，厚度 0.01 米。

� 材料属性：弹性模量 200 GPa，泊松比 0.3。

� 边界条件：一端完全固定。

� 分析参数：求解前 5 阶模态。

1.2.3 实际操作

虽然无法直接提供 SolidWorks Simulation 的操作代码，因为它是基于图形用

户界面的软件，但以下步骤描述了如何在 SolidWorks Simulation 中进行模态分析：

1. 打开 SolidWorks，加载你的模型。

2. 转到“分析”选项卡，选择“模态分析”。

3. 在弹出的对话框中，定义材料属性和边界条件。

4. 设置分析参数，如求解的模态数量。

5. 点击“运行”，开始分析。

6. 分析完成后，通过“结果”选项卡查看自然频率和振型。

通过这些分析，工程师可以确保设计的产品在动态载荷下能够安全运行，

避免因振动引起的结构损坏或性能下降。此外，动态分析还能够帮助工程师优

化设计，减少不必要的材料使用，从而降低成本和重量，同时保持结构的强度

和稳定性。

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