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带你直观的体验下SolidWorks Simulation的强大之处！

SolidWorks正版软件作为国际上主流的设计软件，除自身提供了便捷的三维设计、装配和工程图等功能外，还集成了众多CAD/CAE/CAM应用方面的解决方案，这样便于设计人员在SolidWorks统一的软件界面下，完成整个产品的结构设计、性能分析和加工制造等产品设计验证与制造的开发流程。下面是SolidWorks Simulation在汽车行业的一个分析案例。汽车空气悬架系统采用空气弹簧代替传统的钢板弹簧，可以大幅度提高整车的舒适性、平稳性和操纵性。在对国内某款车型进行空气悬架改装时，应用SolidWorks软件进行产品三维设计、装配及干涉检查，同时采用其集成的有限元分析软件Simulation进行多个关键零部件的结构分析与优化，有效保证了产品质量，整个设计周期缩短了30％，最终实现装车一次成功。

面向设计的优化流程

本次以空气弹簧某支架的优化设计为例，介绍在苏州卓盛信息（SolidWorks代理商）的帮助下使用SolidWorks正版软件的优化过程。

1.设计要求

(1)在满足空气弹簧工作空间要求的同时，不得与周边物体有装配干涉和运动干涉；

(2)结构的静强度满足气囊更大承载能力的要求。

对于要求(1)，可以利用SolidWorks的三维造型和装配体的干涉检查等功能完成。如果结构复杂，且运动状态不易判断，还可以借助SolidWorks的物质动力功能或者集成的运动仿真软件Simulation来完成，这里不做介绍。

2.分析过程

苏州卓盛信息（SolidWorks代理商）提醒首先利用SolidWorks正版软件的三维造型功能，确定空气弹簧支架的基本结构，如图1所示。该支架的材料为Q345B，厚度均为6m m，零件质量为3.56K g；然后利用Simulation进行静强度的分析，对设计进行验证。由于任何分析软件都无法做到真实工况的仿真模拟计算，所以在建立研究课题前，我们会找出影响该部件的主要约束条件及载荷。Simulation在分析前处理阶段所提供的参数设定非常丰富，基本满足大多数的案例分析；同时在模型网

格划分即离散化处理方面更加智能，无须手工调整网格，并且具有快速的结算能力。

图1 空气弹簧支架的基本结构

在空气弹簧更大工作载荷作用下，支架的更大应力为559M P a（见图2），更大位移为3.6m m（见图3）。而材料Q345B的许用应力要求不得超过280M p a，焊缝区域小于230mm。因此，基本结构的应力计算值已是材料许用应力的2倍，必须对结构进行强度优化。根据设计经验，我们首先将板材厚度由6mm增加到8m m（板材10mm厚已没有布置空间，不再考虑），重新计算，两者之间基本结构强度的分析对比见表1。当板材厚度增加到8m m厚时，

其计算结果分别如图4、图5所示。

图2 6mm支架的更大应力为559MPa 图3 6mm支架的更大位移为3.6mm

图4 8mm支架的更大应力为328MPa 图5 8mm支架的更大位移为1.5mm

汽车空气弹簧支架的优化设计

苏州卓盛信息（SolidWorks代理商）表示可以看到，其强度仍然不合格，则需对结构进行空间的拓朴优化。根据设计经验，首先要抑制结构的变形，由于其上部盖板为直接承载部位，变形较大，需要增加结构抑制其变形。因此分别对板厚6mm、8m m的变化结构进行强度计算。两者的应力计算分析结果如图6、图7所示，其中这两种结构的计算结果对比如表2所示。

图6 8mm支架的更大应力为212MPa 图7 6mm支架的更大应力为374MPa

在拓朴优化多种方案的对比中，我们发现8m m板材的结构尽管强度合格，且应力分布较为均匀，其更大计算应力为212M P a，说明材料强度较为宽裕；而6mm板材的结构虽然强度不合格，其更大计算应力为374M P a，但是该点属于应力集中点。根据弹性力学理论，在尖角处应力无穷大，所以此处应力计算值发散、不真实。并且，应力云图中很少有高应力区域，说明该结构可以进一步优化。我们最后确定结构方案是板厚为6mm，其计算结果分别见图8、图9，主要计算数据如表3所示。

图8 最终方案支架的更大应力为253MPa 图9 最终方案支架的更大位移为1mm

结论

该结构的空间安装示意图如图10所示，该结构的特点是变形较小，质量较轻，应力分布较为均匀，说明材料强度的利用较为充分、合理。在这板材厚度更大应力更大位移质量结论分析项目中，我们通过计算选择出了一个较好的设计方案，既减少了材料用量，又满足了强度要求，这在整车设计中非常重要，因为整车装备重量的降低意味着钢材料的成本节约，同时又提升了整车的动力性能，减少能耗。在目前原材料价格上涨及能源紧张的市场条件下，可以更大化地节约制造与使用成本。另外，上述结构的分析对比，是在半天时间内完成的。

可以说如板材厚度更大应力更大位移质量结论，如果没有SolidWorks正版软件强大的造型功能和Simulation快速的工程仿真分析特点，以及二者完美的集成，是很难在这么短的时间内完成这些设计任务。目前，SolidWorks Simulation除了可以解决静强度分析外，还具有振型和频率分析、温度场分析、大变形非线性分析和疲劳分析等功能，在产品设计中均具有广泛的应用。