【SOLIDWORKS Flow Simulation工程實例詳解】

內容簡介

本書從行業應用的角度出發，闡述了不同工程行業模擬的相關知識點，並結合具體的產品模型來說明如何使用SOLIDWORKS Flow Simulation實現這些行業的分析需求。

本書分為兩大部分，共12章。 第壹部分（第1、2章）介紹流體力學與計算流體動力學的基本理論和概念，以及SOLIDWORKS Flow Simulation軟體技術特點與元件簡化模型。 第二部分（第3~12章）簡要介紹閥門內流場、汽車外流場、換熱器、旋轉設備、電子設備散熱、電感線圈焦耳熱、LED照明燈具、醫療器械、粒子分離設備和室內空間流場等模擬的知識要點，並使用典型的產品三維模型來詳細描述SOLIDWORKS Flow Simulation的操作過程以得到關鍵的結果參數。 在每一章的結尾，還給出了作者使用軟體工具的經驗總結和建議。

本書可作為製造業企業工程師的培訓教材，也可作為模擬諮詢行業人員的科技參考手冊。

目錄

前言

第1章流體力學與CFD基礎1

1.1流體介質内容1

1.1.1連續介質假設1

1.1.2壓力、密度、比重、比容2

1.1.3壓縮性、黏性4

1.1.4理想氣體、真實氣體6

1.2流體運動6

1.2.1連續方程6

1.2.2動量方程7

1.2.3能量方程7

1.2.4層流和湍流8

1.2.5邊界層9

1.2.6超聲速流動10

1.3計算流體動力學10

1.3.1有限體積法11

1.3.2網格11

1.3.3非牛頓流體數值模型14

1.3.4湍流模型16

1.4流體量測基礎17

1.4.1壓力測量儀器17

1.4.2流量測量儀器17

1.4.3速度測量儀器18

1.5小結與討論18

第2章Flow Simulation簡介19

2.1 Flow Simulation軟件知識19

2.1.1 Flow Simulation的前世今生19

2.1.2 Flow Simulation軟件模塊20

2.1.3 Flow Simulation項目檔案結構21

2.1.4目標22

2.1.5修正壁面函數24

2.1.6湍流k？ ε 模型24

2.1.7計算域25

2.1.8邊界條件26

2.1.9流動凍結27

2.1.10行程與反覆運算27

2.2 Flow Simulation元件簡化模型與設定27

2.2.1風扇27

2.2.2多孔板30

2.2.3多孔介質32

2.2.4印刷電路板35

2.2.5輻射表面36

2.2.6接觸熱阻37

2.2.7散熱器39

2.2.8熱接點40

2.2.9熱導管40

2.2.10熱電冷卻器41

2.2.11雙熱阻43

2.3小結與討論44

第3章閥門內流場模擬45

3.1行業知識45

3.1.1流量係數45

3.1.2流阻係數46

3.2模型描述46

3.3模型設定47

3.3.1分析前的整體考慮47

3.3.2操作過程48

3.4模型更新、尅隆與配寘58

3.4.1創建新的配寘58

3.4.2重新提交計算59

3.4.3創建不同角度的多個配寘59

3.5小結與討論：原始模型與CFD模擬模型59

第4章汽車外流場模擬61

4.1行業知識61

4.1.1阻力係數61

4.1.2風洞試驗61

4.2模型描述62

4.3模型設定63

4.3.1投影面積設定63

4.3.2 CFD模型設定64

4.4後處理與結果解讀71

4.5自我調整網格72

4.5.1手動自我調整細化73

4.5.2基於結果的自我調整網格73

4.6小結與討論：穩態和瞬態問題74

第5章換熱器模擬75

5.1行業知識75

5.1.1傳熱係數76

5.1.2傳熱量76

5.1.3傳熱面積76

5.1.4努塞爾數76

5.2共軛傳熱76

5.3模型描述76

5.4模型設定77

5.5後處理與結果解讀84

5.6小結與討論：網格對結果的影響85

第6章旋轉設備模擬87

6.1行業知識87

6.1.1風機主要技術參數87

6.1.2水泵主要技術參數87

6.2旋轉物體的類比方法89

6.2.1移動壁面邊界條件89

6.2.2 MRF旋轉參攷坐標系89

6.2.3瞬態滑移網格90

6.3模型描述91

6.4模型設定91

6.5後處理與結果解讀96

6.6小結與討論：加快計算收斂的方法97

第7章電子設備散熱模擬99

7.1行業知識99

7.1.1晶片封裝類型99

7.1.2電子行業散熱模擬101

7.2電子冷卻模塊102

7.3模型描述102

7.4模型設定103

7.5後處理與結果解讀110

7.6 CircuitWorks113

7.7小結與討論：內流場與外流場的選擇115

第8章電感線圈焦耳熱模擬116

8.1模型描述116

8.2模型設定116

8.3後處理與結果解讀122

8.4小結與討論：電場相關問題124

第9章LED照明燈具模擬125

9.1模型描述125

9.2模型設定125

9.3後處理與結果解讀130

9.4參數研究131

9.5小結與討論：傳熱模式的選擇133

第10章醫療器械模擬134

10.1模型描述134

10.2模型設定134

10.3後處理與結果解讀139

10.4流體混合與自由液面139

10.5小結與討論：初始條件140

第11章粒子分離設備模擬144

11.1行業知識144

11.2模型描述145

11.3模型設定145

11.4後處理與結果解讀150

11.5粒子研究與示踪物研究152

11.6小結與討論：實时耦合與順序耦合153

第12章室內空間流場模擬155

12.1 HVAC模塊155

12.1.1高級輻射模型155

12.1.2人體舒適度因數158

12.1.3擴展的工程資料庫160

12.1.4示踪物研究161

12.2模型描述162

12.3模型設定163

12.4後處理與結果解讀166

12.5小結與討論：警告資訊168

參考文獻173

------------------------------------------

【SOLIDWORKS Simulation工程實例詳解靜力、疲勞、優化】

內容簡介

本書主要從工程應用角度介紹有限元分析的應用問題，以模擬思路的講解為覈心，結合軟體功能、操作流程以及模型簡化等內容進行展開，力求還原學習者和工程師在實際項目過程中可能遇到的問題。 本書主要內容包括力學建模、零件靜力學分析基礎、網格劃分、一般裝配體的連接及接觸問題、邊界條件和聖維南原理的應用、單元和自由度、金屬疲勞强度分析、優化設計。

本書提供了豐富的案例模型，並且配備了電子版彩色雲圖以及有聲教學視頻，以幫助讀者更好地理解本書內容。 本書適合從事工程應用的工程技術人員以及高等院校、職業科技院校的師生使用。

目錄

序

前言

1.1力學建模的基本概念1

1.2有限元分析流程2

1.2.1可行性方案製定3

1.2.2數學模型假設6

1.2.3數學模型的修正及反覆運算6

1.3定性分析和定量分析6

1.3.1錯誤和誤差6

1.3.2數值解和解析解7

1.3.3定性分析和定量分析的區分7

1.3.4誤差來源8

1.4有限元分析的價值8

1.5模擬工程師的職責9

1.6有限元分析科技的發展史以及SOLIDWORKS Simulation介紹9

1.6.1有限元理論的發展史9

1.6.2有限元分析軟件的發展史10

1.6.3 SOLIDWORKS Simulation及設計模擬一體化12

2.1學習前的準備工作16

2.1.1模型下載16

2.1.2挿件啟動17

2.1.3 SOLIDWORKS Simulation的設定18

2.2零件靜應力分析的基本操作22

2.2.1分析案例：吊具22

2.2.2分析操作流程說明22

2.2.3案例操作22

2.2.4後處理29

2.3材料力學的相關概念及結果解讀32

2.3.1分析案例：傳動鏈支撐法蘭32

2.3.2案例操作32

2.3.3材料力學的相關概念36

2.3.4安全係數和屈服準則41

2.3.5資料參數對計算結果的影響44

2.3.6載荷對計算結果的影響47

2.4小結與討論49

3.1有限單元法的離散化思想50

3.1.1離散化數學思想50

3.1.2割圓術51

3.1.3有限元分析中的單元類型52

3.2網格精度的判定及控制54

3.2.1分析案例：T型推臂54

3.2.2案例操作54

3.2.3網格無關性檢查59

3.2.4應力集中60

3.2.5局部網格控制62

3.2.6位移結果和網格密度的關係66

3.3應力奇异66

3.3.1分析案例：T型支架66

3.3.2案例操作67

3.3.3應力奇异的三種常見情况70

3.3.4網格品質檢查75

3.4網格劃分報錯77

3.4.1分析案例：踏板78

3.4.2網格錯誤排查方法79

3.4.3基於曲率的網格83

3.5自我調整網格科技84

3.5.1自我調整網格科技介紹84

3.5.2分析案例：T型推臂自我調整分析84

3.5.3自我調整網格科技的局限性87

3.6小結與討論：關於結構模擬中四面體單元和六面體單元的討論87

4.1接觸和接頭形式介紹90

4.2複雜裝配體分析92

4.2.1分析案例：電機支架92

4.2.2分析思路整理92

4.2.3案例操作93

4.2.4後處理103

4.2.5位移結果的網格無關性檢查107

4.3螺栓簡化108

4.3.1螺栓接頭的數學模型108

4.3.2緊密配合的設定110

4.3.3實體螺栓的簡化方法111

4.3.4地脚螺栓的簡化管道—固定114

4.3.5虛擬壁和地脚螺栓的應用116

4.3.6預緊力設定118

4.3.7案例思路總結120

4.4靜應力分析120

4.4.1“靜”的概念120

4.4.2分析案例：三點彎實驗121

4.4.3剛體運動126

4.4.4微小力的處理方法127

4.4.5零件之間的間隙及穿透問題131

4.5實體焊接134

4.5.1分析案例：焊接立柱134

4.5.2全域接觸136

4.5.3相容網格和不相容網格137

4.5.4接觸優先順序問題140

4.6小結與討論：複雜裝配體分析思路梳理141

5.1均布載荷問題42

5.1.1分析案例：工作臺載荷簡化142

5.1.2模型簡化方案146

5.2聖維南原理152

5.2.1一般對稱問題152

5.2.2分析案例：輪轂153

5.2.3聖維南原理介紹161

5.3赫茲接觸和平面問題162

5.3.1赫茲接觸162

5.3.2分析案例：圓柱體擠壓163

5.3.3平面問題164

5.3.4結果統計及案例小結167

5.4彈簧計算及子模型168

5.4.1分析案例：拉伸彈簧168

5.4.2結構非線性171

5.4.3子模型174

5.4.4不確定因素的處理177

5.5大轉動177

5.6小結與討論：解算器及其性能測試179

6.1杆梁、殼及實體單元181

6.1.1分析案例：簡支梁181

6.1.2殼單元184

6.1.3杆梁單元189

6.2約束和自由度194

6.2.1自由度的概念194

6.2.2殼單元及杆梁單元的約束形式196

6.2.3簡支梁的實體單元約束形式200

6.3遠程位移的應用202

6.4混合單元分析問題207

6.4.1分析案例：控制櫃207

6.4.2三向重力檢查法213

6.4.3殼單元和梁單元應力結果的說明216

6.5小結與討論：有限元分析結果的驗證217

7.1金屬疲勞失效理論218

7.1.1金屬疲勞發展簡史218

7.1.2金屬疲勞的基本知識219

7.1.3 SOLIDWORKS Simulation疲勞模塊220

7.2週期性疲勞事件220

7.2.1分析案例：彈簧週期性疲勞事件221

7.2.2 S-N曲線225

7.2.3疲勞結果說明228

7.2.4疲勞分析的“悖論”232

7.2.5週期載荷組合工况234

7.3非週期載荷疲勞235

7.3.1雨流計數法235

7.3.2分析案例：彈簧非週期變幅載荷疲勞236

7.3.3平均應力修正對計算結果的影響239

7.4裝配體疲勞分析241

7.4.1分析案例：三點彎實驗241

7.4.2疲勞模擬的企業現實問題243

7.5小結與討論：雨流計數法和雨流計數箱的工作原理243

8.1優化設計介紹246

8.2尺寸優化247

8.2.1 SOLIDWORKS的參數化建模248

8.2.2分析案例：絞龍249

8.2.3分析案例：絞龍優化256

8.2.4響應曲面設計法263

8.3拓撲優化264

8.3.1分析案例：帶孔板拓撲優化265

8.3.2案例操作265

8.4小結與討論：設計模擬一體化271