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弹性力学仿真软件：SolidWorks Simulation：非线性分析进

阶

1 SolidWorks Simulation 概述

1.1 非线性分析的重要性

在工程设计中，非线性分析是理解材料在极端条件下的行为的关键。与线

性分析不同，非线性分析考虑了材料属性、几何形状和边界条件随应力、应变

或时间变化的影响。这种分析对于预测产品在真实世界负载下的性能至关重要，

尤其是在材料达到屈服点、发生大变形或接触情况复杂时。

1.1.1 材料非线性

材料非线性分析关注材料在高应力或高应变下的行为，例如，当材料经历

塑性变形、超弹性或粘弹性响应时。SolidWorks Simulation 支持多种材料模型，

包括但不限于：

� 塑性材料模型：用于模拟材料在超过屈服强度后的塑性变形。

� 超弹性材料模型：适用于橡胶和生物材料等在大应变下仍能恢复

原状的材料。

� 粘弹性材料模型：考虑材料的应力-应变关系随时间变化的特性，

适用于模拟聚合物和复合材料。

1.1.2 几何非线性

几何非线性分析考虑了结构在大变形下的几何变化，这对于预测结构在高

负载下的真实行为至关重要。SolidWorks Simulation 通过以下方式支持几何非线

性：

� 大位移和大应变：允许模型在分析过程中经历显著的几何变化。

� 接触分析：处理两个或多个部件之间的接触，包括滑动、摩擦和

间隙关闭等复杂情况。

1.1.3 边界条件和载荷非线性

边界条件和载荷非线性分析考虑了载荷和边界条件随时间或位移变化的情

况。SolidWorks Simulation 提供了以下功能：

� 时间依赖载荷：模拟随时间变化的载荷，如冲击载荷或周期性载

荷。

� 位移控制载荷：允许载荷根据结构的位移变化，适用于模拟预紧

力或拉伸试验。

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1.2 SolidWorks Simulation 非线性分析功能介绍

SolidWorks Simulation 提供了强大的非线性分析工具，使工程师能够准确预

测产品在复杂载荷和环境条件下的行为。以下是一些关键功能：

1.2.1 材料属性定义

在 SolidWorks Simulation 中，可以通过以下步骤定义非线性材料属性：

1. 选择材料：在材料库中选择或创建自定义材料。

2. 定义材料模型：选择适当的材料模型，如塑性、超弹性或粘弹性。

3. 输入材料参数：根据所选模型，输入相应的材料参数，如屈服强

度、弹性模量或泊松比。

例如，定义一个塑性材料模型可能需要输入材料的应力-应变曲线，如下所

示：

材料名称: 钢

材料模型: 塑性

屈服强度: 250 MPa

弹性模量: 200 GPa

泊松比: 0.3

1.2.2 几何非线性设置

要进行几何非线性分析，需要在分析设置中启用大位移和大应变选项。这

允许模型在分析过程中经历显著的几何变化，从而更准确地预测结构在高负载

下的行为。

1.2.3 接触分析

SolidWorks Simulation 的接触分析功能可以处理复杂的接触情况，包括：

� 接触对定义：指定哪些表面之间可能发生接触。

� 接触类型：选择接触类型，如滑动、摩擦或间隙关闭。

� 接触属性：定义接触表面的摩擦系数和其他属性。

例如，设置两个部件之间的接触分析可能涉及以下步骤：

1. 选择接触对：选择两个可能接触的表面。

2. 定义接触类型：选择“滑动”以模拟表面之间的相对滑动。

3. 设置摩擦系数：输入接触表面的摩擦系数，如 0.2。

1.2.4 载荷和边界条件

SolidWorks Simulation 允许用户定义各种非线性载荷和边界条件，包括：

� 时间依赖载荷：模拟随时间变化的载荷，如冲击或振动。

� 位移控制载荷：允许载荷根据结构的位移变化，适用于模拟预紧

力或拉伸试验。

例如，定义一个时间依赖的冲击载荷可能需要以下设置：

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