悬臂梁模型的Solidworks与ANSYS有限元分析对比

宋丕伟 刘 军 程 瑞 赵锦阳 隋长胜

（大连科技学院，大连 116052）

Solidworks是一款在Windows环境下进行数字化设计、建模的数字化软件，该软件以其友好的交互界面在国际上得到广泛的应用。Solidworks软件不仅可以进行软件的建模，还可进行误差分析、静力分析以及流场分析等。通过该软件的SimulationXpress插件，人们可以进行零件的静力分析，该软件提供了分析向导，对于初学者来说，使用起来十分方便，只需要按照向导添加约束以及载荷等操作即可完成静力分析。

ANSYS是一款集力学、热学、电磁学等于一体的大型有限元分析软件，以其强大的计算分析能力被广泛应用于工程实践中。在产品虚拟样机的设计阶段，基本都会涉及有限元分析。人们可以将ANSYS有限元分析的结果作为一个重要的参考因素。

使用过ANSYS的用户大多数都感觉该软件的操作界面不友好。尤其对于初学者来说，该软件的操作过程十分复杂，使用者需要设置的选项较多，操作十分不便。Solidworks也具有静力学分析的能力，并且操作简单。如果Solidworks软件的分析结果与比较权威的ANSYS的分析结果相近，那么初学者可以使用Solidworks代替ANSYS进行有限元分析。

1 悬臂梁模型分析计算

悬臂梁是力学分析中的一个典型的模型。假定某悬臂梁长度为1m，该悬臂梁的横截面为边长等于0.1m的正方形，在该悬臂梁的上表面承受均布载荷的作用，该均布载荷q的大小为100000Pa。在进行理论计算时，首先对该模型进行简化，如图1所示。该悬臂梁的弯矩图如图2所示。

图1 悬臂梁的简化模型

图2 悬臂梁所受弯矩图

该悬臂梁在最左端承受的最大弯矩为：

2 Solidworks与ANSYS静力学分析

在Solidworks中建立该悬臂梁的模型，并直接使用SimulationXpress分析向导中设置好悬臂梁相关参数，并在悬臂梁的一端添加固定约束，在上表面添加载荷，最后进行静力学分析，分析的结果如图3所示。

图3 SimulationXpress分析结果

在ANSYS有限元分析软件中对悬臂梁模型进行建模，设置好单元格类型之后，对该模型进行网格划分。划分的网格如图4所示。

在网格划分之后的模型上分别添加约束与载荷，并对该模型进行有限元分析，通过后处理器显示von Mises应力，如图5所示。

3 静力学分析结果对比

通过理论计算，人们可以分析出该悬臂梁承受的最大应力为30MPa。通过Solidworks进行静力学分析后，该悬臂梁承受的最大应力为38.4MPa，如图3所示。通过ANSYS有限元分析后，该悬臂梁的最大应力为37.6MPa。由于理论计算时将该悬臂梁进行理想化的简化，其计算结果的准确度较低，仅可以提供一定的参考作用。Solidworks与ANSYS软件静力学分析的结果比较接近，相差不超过2%。Solidworks软件的静力学分析过程比ANSYS静力学分析的过程要简单很多，所以初学者在应对简单的静力学分析案例时，可以采用Solidworks中的SimulationXpress插件进行。

图4 网格划分

图5 有限元分析结果

4 结语

通过对比相同模型在Solidworks与ANSYS中的分析过程及结果，得出Solidworks软件的静力学分析结果与权威有限元分析软件结果非常接近。在简单静力学分析场合，人们可以使用Solidworks软件代替ANSYS，这为工程技术人员进行静力学有限元分析提供了参考。