SolidWorks Simulation在卫浴行业的应用

/wx上善若水

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高档卫浴产品的出水一般有花洒式、柔水式、瀑布式、雨滴式以及各种 组合方式，对出水量、出水速度、出水 方式、水流形状和结构强度等都有严格要求。传统的产品开发是依经验设计、 样品制造、实验和修改设计的过程循环 进行，开发周期长，开发成本高。在现 代设计理念中，模型设计以后进行数值 分析打破了传统的循环过程，缩短产品 开发周期，减少开发成本。


图1
　　卫浴产品在一定的进水压力下水 流的压力梯度状况、流场分布、出水口 的水流状态和水流对结构的压力分布状 态，直接决定了产品的出水量、出水 速度、出水方式、水流形状和结构强 度等产品的外在表现参数。S o l i d W o r k s3D、SolidWorks FloWorks和SolidWorks S i m u l a t i o n的组合能够进行快捷、准确 的计算和分析流体状态，以及结构的压力分布情况，并能方便地进行设计修改和优化，以达到设计、分析和优化一体化的目的。
　　二、设计分析一体化操作界面
　　从 SolidWork s 软 件 的 界 面 ( 如图1所示)来看，S i m u l a t i o n和F l o w Simulation都是与SolidWorks完全集成 的插件。因此，在产品设计和分析中， 不需要软件界面上的切换，更不需要进 行模型转换，只需点击不同的指令按 钮，就可以进行条件设定与分析。同 样，在得到分析结果后，要对产品作设 计变更，也是在同一界面中修改，然后 重新运行算例即可。由于SolidWorks强 大的3D设计与分析功能的完全集成， 所以不存在设计模型转换的数据丢失问 题，并能够快速对设计模型进行修改， 真正提高设计与分析的优化效率。
　　本文以产品的设计、流体分析和 结构有限元分析为例，介绍SolidWorks3D、SolidWorks FloWorks和SolidWorks Simulation组合在卫浴行业中的应用。以下模型非正式产品，其参数设定仅是 示意。
　　三、通过Flow Simulation解 决流场问题
　　1.环境设定


图2
　　在SolidWorks中完成产品的初步设 计以后，通过向导对话框(见图2)，我们可以很快建立一个新的算例，并设 定好相关的环境参数、网格精度和流体 条件等。
　　2.边界条件设定
　　对于所设计的产品(见图3)，在 进水口定义进水的压力或流量，在出水 口定义压力为大气压。这里要注意的 是，整个腔体是封闭的。
　　3.研究目标设定


图3
　　通过目标，我们可以得到一些重要的分析结果数据。如要得到出水口的体 积流量、质量流量和流速，则可以选择 出水端口的面，添加目标参数(见图4 和图5)，这样在完成分析后，即可以通过Excel格式显示这些面上的详细参数。


图4


图5

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4.计算与后处理　　运行算例，自动完成运算之后， 我们可以通过多种后处理来查看所关心 的结果。

图6

图7

图8

图9

图10

　　我们首先需要了解整个流场在腔体 中的状况，这里可以通过流线来查看水流在腔体内流动的状况，也可以通过动画的 方式显示，同时通过云图来表示各处的水 压、流速等分布情况，如图6所示。接着对于某些关键截面，我们还 要了解其压力分布，就需要在关键位置建立一个参考面，之后即可显示该截面上的压力分布云图，如图7所示。当然产品内壁所受到的压力对于 产品结构的影响非常重要，这里可以一 次性选择所有内壁面来显示其压力分布 云图，如图8所示。
　　出水口内壁的压力分布，直接影 响到出水的状况，那么就以出水口处 局部的压力分布来参考，如图9所示。 在我们设定完成研究目标后，运算结束 之后的结果可以通过E x c e l形式将具体 数据罗列出来，如图10所示。
　　有了以上的结果作为参考，我们 可以判断一些水流的状态，通过修改导 管来降压导流，让整个流场的分布更为 合理。对于新进的工程师，如果有新想 法，可以直接到模型中修改结构，快速实现自己的创意，之后更新模型重新运 算，就可以验证这种想法是否合理。这 样通过虚拟样机的模拟，可以减少实验 成本。而对于资深的工程师来说，在有 经验和分析数据的结合后，能够得到非常有说服力的数据，更快更好地修改模 型，达到最优。
　　四、通过Simulation分析产品结构强度

图11

图12

图13

图14

　　完成流体分析之后，我们还想知道在正常的工作状态下，产品结构 是否能够承受内部压力，以使扣件或 螺钉不受到损坏。我们可以通过F l o w Simulation输出压力数值到Simulation(见图11)。之后在Simulation中选择 可使用的Flow Simulation结果文件，如图12所示。这样，就可以把流体分析的结果应用到静态应力分析中来，如图13 所示。通过应力分析，我们可以知道结 构的强度是否满足条件(见图14)， 哪些位置的材料是多余的，以及壁厚能 否再薄一些等，通过这些来减少生产成 本。当然，在有了应力结果之后，我们 同样可以做优化分析和疲劳分析

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第一次知道还有这个插件……这个插件哪里找，嘿嘿。

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用了快十年的SW，看来也就用到它全部功能的1/10

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回2楼，2009版及以后版本，完全安装后应该就有