SIMSOLID精度验证与实际案例分析应用

一、SIMSOLID精度校验

以力学拉伸试样件为载体，将simsolid软件计算结果与实验结果进行比较，仿真分析时建立模型同实验样品一致，建立应变片相应的几何区域，在simsolid中查看相应区域应力值，与实验数据进行对比，验证simsolid软件计算的精度。

试验材料使用12Cr2Mo1的韧性材料进行试验，首先根据尺寸进行车间加工，将试样件的相关区域粘贴应变片，粘贴完成后连接相关线路将试样件在万能试验机上进行试验，加载过程为20KN、30KN………80KN，加载到相对应数值时，试验机在相应拉力下停止两分钟，能够让应变仪记录准确的微应变数据。试样尺寸和应变片位置如下如所示

图1：实验样品几何尺寸

图2：实验样品

采用相同的边界条件对试样件进行建模用simsolid软件进行分析计算，边界条件为一端固定、一端拉伸，计算后相应位置处的等效应力云图如下：

1、20KN时五个应变片处等效应力

2、30KN时五个应变片处等效应力

3、40KN时五个应变片处等效应力

4、50KN时五个应变片处等效应力

5、60KN时五个应变片处等效应力

6、70KN时五个应变片处等效应力

7、80KN时五个应变片处等效应力

在实验时应变仪数据变化灵敏，采用多记录求平均值方法计算。实验应变片平均数据如下表：

表1  对应应变片微应变数值

根据微应变数据计算出该应变片处的应力值，同仿真数据进行对比分析，如下表：

表2：实验数据与仿真数据对比分析

上表中误差分析为实验值和simsolid软件计算值比较，通过表中数据可得，试验数据与仿真数值相近，误差在5%左右，通过应变片的实际试验数据很好的验证了仿真数据，说明simsolid软件在线性静力学中计算结果可靠、精度与实验结果相仿。将该模型导入Abaqus中计算后与simsolid计算结果相比较，两者差值更小，同时可说明无网格技术在线性静力学分析计算中的准确性。

二、案例应用

  采用有限元计算软件ANSYS和无网格计算软件simsold，在边界条件相同状态下，对车轴矫直机进行静力学分析。工况为：当油缸压力为27.5MPa时，矫直机大小钳臂的受力情况以及位移；同时对比两个软件应力和形变数值，为后续结构设计过程中采用simsolid进行结构分析提供依据和保证。

1. 几何模型 车轴矫直机几何模型如下图所示，主要部件有大小钳臂、钳口、油缸、模具等部件，工作时大小钳臂为主要受力部件，进行分析时采用整机分析。为验证simsolid软件的计算结果，在simsolid和ANSYS中导入完全一样的几何模型。 车轴矫直机几何模型
2. 材料、边界条件、载荷相关设定 车轴矫直机各部件的材料如表1, 底座底面为约束面，油缸内部压力为27.5MPa,接触根据实际情况分为绑定接触和摩擦接触两类，其中摩擦系数为0.3。 表1：各部件材料属性

     边界条件                                载荷条件

     接触对显示

1. HyperMesh前处理有限元模型
2. 计算结果对比 图1：Simsolid整机等效应力云图 图1-1：Ansys整机等效应力云图 图2：Simsolid整机位移变形云图 图2-2：Ansys整机位移变形云图 图3：Simsolid大钳臂等效应力云图 图3-3：Ansys大钳臂等效应力云图 图4：Simsolid大钳臂位移变形云图 图4-4：Simsolid大钳臂位移变形云图 图5：simsolid小钳臂等效应力云图 图5-5：Ansys小钳臂等效应力云图 图6：simsolid小钳臂位移变形云图 图6-6：Ansys小钳臂位移变形云图
3. 结果分析对比 表2：应力值大小比较

根据上表结果可知：以ANSYS计算结果为标准值时，simsolid计算应力值都处于偏小状态，最大偏差在9.5%。

表3：位移变形量大小比较

根据上表结果可知：以ANSYS计算结果为标准值时，simsolid计算位移量处于偏小状态，最大偏差在5.5%。

计算结果数值有差距，根据应力分布和位移变形量云图可知，两个软件在应力值、位移变形量的分布趋势是相近的。说明simsolid计算结果具有一定的准确性。

1. 结论和建议：

1、操作便捷。SimSolid软件与HyperMesh相较，在模型处理、网格划分、接触设置方面操作简洁快捷，SimSolid的快速校验功能具有明显的优势。

2.计算速度快。SimSolid在计算性能方面相比ANSYS，计算速度快、计算机内存消耗少。以本案例为例，采用SimSolid计算耗时小于10min，采用ANSYS计算时，因为网格数量大，占用内存多，计算耗时大于12h。

3、计算结果准确、精度高具有很好的参考价值。SimSolid线性静力学计算结果同实验结果、Abaqus计算结果相同，误差在5%之内。采用simsolid接触非线性时计算结果同ANSYS计算结果误差在10%之内，可能是由于两款软件中接触算法不一致导致。个人认为SimSolid软件特别适用于结构设计前期，具有方便、快捷的优势，还能提供有效的可行性方案和结果。设计后期可用SimSolid和传统有限元分析软件进行计算对比，进行精细化设计。

    建议将SimSolid与Solidthinking、OptiStruct等结构优化软件联合，完善结构优化建模功能，从而实现产品设计前期结构优化设计的目的。为机械行业新产品研发提供有效的技术支持。

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