隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算速率的提高，數(shù)值模擬方法被廣泛的應(yīng)用到力學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，其中有限元法以它通用、靈活的特點(diǎn)而被作為一種常見(jiàn)的用于求解關(guān)于場(chǎng)問(wèn)題偏微分方程近似解的數(shù)值方法。當(dāng)然，有限元法并不是唯一的分析方法，如有限差分法、有限體積法、邊界元法等，以及近年來(lái)發(fā)展迅速的無(wú)網(wǎng)格法(Meshlfree Mothed)用于解決有限元法較難處理的特大變形、裂紋擴(kuò)展、奇異性等問(wèn)題，有興趣的小伙伴們可以自行深入學(xué)習(xí)了解。

　　有限元法作為基于網(wǎng)格的算法，數(shù)學(xué)模型和離散化后的有限元模型必然會(huì)產(chǎn)生無(wú)法避免的誤差，因此網(wǎng)格的劃分質(zhì)量直接關(guān)系到我們是否能夠得到一個(gè)更加精確的解，劃分網(wǎng)格(離散化過(guò)程)也是成為了我們做分析過(guò)程中至關(guān)重要的一步。

　　在劃分網(wǎng)格之前，我們首先要了解有限單元的類(lèi)型，在SOLIDWORKS Simulation中，共有5種單元類(lèi)型：一階實(shí)體四面體單元、二階實(shí)體四面體單元;一階三角形殼單元、二階三角形殼單元和橫梁?jiǎn)卧覀兛梢园堰@三類(lèi)單元理解為分別用來(lái)解決實(shí)體結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)(縱向尺寸遠(yuǎn)小于平面尺寸)、梁結(jié)構(gòu)(縱向尺寸遠(yuǎn)大于平面尺寸)的分析問(wèn)題，而一階單元是草稿品質(zhì)，二階單元是高品質(zhì)。

　　實(shí)體單元

　　一階單元：

　　四面體具有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)3個(gè)自由度，6條邊線均為直線，4個(gè)面均為平面，在單元加載變形后，這些邊和面仍保持為直線和平面的狀態(tài)。

　　二階單元：

　　四面體具有10個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)3個(gè)自由度，6條邊線為二階函數(shù)(拋物線形)，加載變形后，線和曲面可以為曲線型狀態(tài)：

　　殼單元

　　一階單元：

　　類(lèi)似實(shí)體單元，一階單元有3個(gè)節(jié)點(diǎn)(分布在角點(diǎn)上)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)6個(gè)自由度，變形前后如下圖所示：

　　二階單元：

　　每個(gè)高品質(zhì)單元6個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括3個(gè)角點(diǎn)和3個(gè)中間點(diǎn)，變形后可模擬曲線形狀。

　　橫梁?jiǎn)卧?/p>

　　2個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)6個(gè)自由度，把軸向平移和扭轉(zhuǎn)模擬為線性，兩節(jié)點(diǎn)梁?jiǎn)卧男螤钤诔跏紴槠街钡?，但在變形后可以為一個(gè)三次方的函數(shù)。

　　網(wǎng)格品質(zhì)的選擇：對(duì)于草稿品質(zhì)單元，無(wú)論實(shí)體或殼，僅在對(duì)特定目標(biāo)作初步分析時(shí)使用，如證實(shí)載荷、約束的方向或計(jì)算反作用力;對(duì)于準(zhǔn)備用來(lái)作最后計(jì)算的算例，以及在應(yīng)力分布非常重要的區(qū)域應(yīng)采用高品質(zhì)網(wǎng)格。

　　備注：在2020版本之前，分析只能統(tǒng)一使用草稿品質(zhì)或高品質(zhì)網(wǎng)格;而在2020版本的新功能中，可以根據(jù)實(shí)際需要混合使用草稿單元和高品質(zhì)單元，但需注意在不同單元類(lèi)型網(wǎng)格的交界處，即使單元角部節(jié)點(diǎn)是重合的(兼容網(wǎng)格)，仍然有可能出現(xiàn)不連續(xù)的應(yīng)力場(chǎng)，而且在交界處的應(yīng)力可能大幅度的增大，因此在混合使用不同類(lèi)型單元時(shí)，應(yīng)確保其交界處遠(yuǎn)離所關(guān)心的區(qū)域，并仔細(xì)檢查分析結(jié)果是否正確。

　　【案例分析】

　　某懸臂支架吊起500N的重物，在重力的作用下，分析支架當(dāng)前固定端的扭矩情況，未標(biāo)明的接頭均以銷(xiāo)釘接頭處理，左側(cè)三條梁的節(jié)點(diǎn)處圓柱面分別采用固定約束、固定約束和鉸鏈約束，其中套桿內(nèi)加載了預(yù)載400N的彈簧，軸向剛度1000NM。

　　按要求設(shè)定好邊界條件后，先將所有網(wǎng)格作為草稿品質(zhì)網(wǎng)格，網(wǎng)格精度默認(rèn)，試算。

　　得到了關(guān)于彈簧單元的錯(cuò)誤提示，因此首先需要細(xì)化彈簧接頭處網(wǎng)格，使用默認(rèn)值，以使計(jì)算不會(huì)再出現(xiàn)上述問(wèn)題，同時(shí)選用基于混合曲率生成網(wǎng)格，使用默認(rèn)值，如下圖所示，并重新計(jì)算。

　　本分析目的主要是想了解梁端的扭矩情況，因此在應(yīng)力圖解的高級(jí)選項(xiàng)中選擇3條桿件展示結(jié)果如下圖：

　　由上圖可見(jiàn)，軸孔處單元也相對(duì)較少，而且紅色范圍區(qū)域并未占據(jù)兩個(gè)單元格，因此結(jié)果應(yīng)該不足以反應(yīng)真實(shí)狀況，通過(guò)右鍵【結(jié)果】-【列出合力】讀取兩梁出的扭矩如下圖：

　　備注：對(duì)于扭矩的輸出要使用自有實(shí)體力，因此在計(jì)算之前，應(yīng)在仿真樹(shù)第一條右擊算例名稱(chēng)，【屬性】中勾選【自有實(shí)體力】;模型中，以軸孔圓心創(chuàng)建參考點(diǎn)。

　　上梁處的扭矩為：44.8N.M

　　下梁處扭矩為：46.6N.M

　　細(xì)化網(wǎng)格：

　　對(duì)軸孔處圓柱面網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格控制。

　　重新讀取扭矩：

　　按需求使用高品質(zhì)網(wǎng)格：

　　由于此時(shí)所有構(gòu)件均采用草稿品質(zhì)網(wǎng)格，而我們重點(diǎn)分析的為兩根梁結(jié)構(gòu)，因此，在網(wǎng)格選項(xiàng)中將兩根梁結(jié)構(gòu)設(shè)置為高品質(zhì)網(wǎng)格：

　　右鍵【網(wǎng)格】-【生成網(wǎng)格】-【網(wǎng)格品質(zhì)】選項(xiàng)卡將【臂】和【下臂】改為高品質(zhì)網(wǎng)格。

　　全部采用高品質(zhì)網(wǎng)格后的結(jié)果：

　　solidworks代理商結(jié)論

　　可以看出使用部分高品質(zhì)網(wǎng)格和全部使用高品質(zhì)網(wǎng)格的結(jié)果是幾乎相等的，而全部使用高品質(zhì)網(wǎng)格也會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間成本，因此在做計(jì)算分析之前，首先應(yīng)該明確分析目標(biāo)，其次逐步將關(guān)注的區(qū)域網(wǎng)格細(xì)化，并根據(jù)需求混合使用高品質(zhì)和草稿品質(zhì)網(wǎng)格，這樣的話(huà)就能夠在花費(fèi)更少的時(shí)間內(nèi)得到相對(duì)精確的解。