【仿真技巧】SOLIDWORKS Simulation中的理想化误差

理想化误差通常是所有模拟中最大的误差源，有意思的一点是，它们是在有限元分析（FEA）应用于模型之前引入的。我们通常设计需要有足够大的安全系数的组件，来减少模拟中的三种类型的错误。当然，通过减小这些误差的大小可以将零件设计优化到更高的精度。

通常，所有模拟误差都可归因于三个类别中的一个，并在分析过程的不同阶段引入：

虽然在引入FEA之前会出现理想化误差，但数学模型的创建和准备仍然严重依赖于SOLIDWORKS CAD和SOLIDWORKS Simulation环境。而对于数学模型的适当理想化以及对结果的解释，通常需要优秀的工程师的判断。

理想化误差的类型

理想化误差通常在创建几何体，定义材料模型以及应用边界条件时出现。所有这三个方面都控制着数学模型与现实之间的相似程度。

1.几何表示和简化

几何简化通常是不可避免的，对于可接受的计算时间是必需的。最佳实践是对于所有的分析在最初就使用过度简化的模型，以确保模型的行为符合预期。然后应该减少简化程度：特别是在感兴趣的领域，以获得有意义和有代表性的结果。

典型的简化包括去除对分析不重要的特征 – 特征清除，倒圆角就是一个很好的例子，移除后，网格将更简单，从而加快计算时间。然而，尖锐的边缘将导致奇异点，因此相邻的应力将是错误的。

还值得注意的是，清除特征通常会添加/移除影响模型刚度的材料。同样，如果感兴趣区域的刚度是准确的，这是可以接受的。

简化不一定要以清除特征的形式出现。简化模型的最佳方法之一是利用对称性或将3D模型表示为2D。这可以显著减少计算时间，因为这大量减少了对模型进行离散化所需的单元。

2.材料模型定义

SOLIDWORKS有一个包含典型材料样本的材料库。有时很容易认为其包含了左右的材料，因为许多专用仿真包都不提供此信息。正确使用SOLIDWORKS材料对于许多模拟来说已经绰绰有余了。但是，偶尔可能需要调整材料模型或使用实验数据从头开始创建新材料（需要不常见的材料或在特殊情况下）。例如，以下几种情况：

·如果材料设计为低于屈服，则不需要塑性模型
·如果疲劳周期为“基于零”，那么“完全反转”周期的SN曲线可能无法代表
·如果材料要在高温环境下运行，则应力 - 应变曲线应为该温度下的应力-应变曲线。
·材料定义不太可能解决缺陷

3.边界条件

边界条件包括：夹具，载荷和接触。通常情况下，固定方式不理想将导致模拟误差很大。实际上，负载总是会有一定程度的偏心，固定方式不是刚硬的，接触的地方通常会有一定程度的滑动和摩擦。约束太多自由度很容易，但是会导致过度刚硬。

例如，我们从Euler了解到，在屈曲条件下应用于支柱的夹具类型可能导致不同的临界屈曲载荷。这些负载可以在下面两种情况下手动计算：两端固定和两端不可移简支。请注意，每个屈曲条件的相应描述与所采用的固定方式的精确描述无关; 限制的自由度在支柱的每一端表示，并且各自的差异以红色表示。

临界屈曲载荷的差异在两个屈曲条件之间显着不同，但这种差异完全是由于在梁的每个末端处理一个自由度的原因。这是一个极端的情况，但很容易看出在约束和加载模型时考虑每个自由度是多么重要。
再次考虑下面的想法：
当边被焊接到平面上时，是否适合固定整个面？
·施加的载荷是否总是在相同的方向上作用，还是跟随几何体的变形？
·使用远程质量/分布质量是简化分析模型的一种很好的方法，但它们不会考虑由缺少的几何体提供的额外刚度 - 仅考虑质量。

结论

通过确保合理的实现简化，并且确定材料模型和边界条件是准确的，那么理想化误差的程度就将被降到最小化。