Autodesk Inventor Simulation 助力工程设计

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作者：袁双喜

在过去的几十年里, 涌现了一大批专业的面向工程师的有限元分析(FEA)和运动分析工具。这些综合技术主要被分析和仿真工程专家所使用。这类软件的主要弊端包括需要高深的知识以及缺少与3D设计软件（CAD）的集成。因此，设计工程师们的工作比较孤立，导致了重复劳动，设计变更的时间和成本增大以及产品上市时间较长等问题。

Autodesk InventorSimulation工具可以解决这些弊端。它构建于Autodesk Inventor产品之上，实现与Inventor 3D模型的无缝集成，只需要较少的培训即可驾驭强大的分析与仿真技术。简而言之，这项技术可以让工程师们建立和分析数字样机，从而设计师们以高效和高性价比的方式开发更加具有竞争力的产品。Autodesk Inventor Simulation正是设计师和工程师们苦苦寻找的工具，以帮助解决设计问题，减少失败，保证质量并加速周转时间。

前情介绍

在一个典型的设计过程中，设计师们需要回答一些列的问题，比如：这些零件之间配合的好么？会一起很好的移动么？会干涉么？会按照正确的路径运动么？大多数这些问题被可以被3DCAD渲染软件解决，但是其他问题不行。比如，设计师也许想知道机械装置运行周期。执行机构强度知否足够？连杆是否足够牢固？是否能轻量化？传统上这类问题通过制造物理原型甚至一大批原型来解决– 这是非常耗时和昂贵的方式。一个更加划算的方案是运用Autodesk Inventor Simulation的数字原型。这个工具可以自动地将装配约束转化成机械运动服；添加外部载荷，包括重力；衡量接触摩擦，阻尼和惯性的影响。基于这些信息，软件计算出反作用力，速度，加速度和其他参量。接着反作用力可以输出到FEA分析，因而减少臆测和风险。AutodeskInventor Simulation正帮助一大批设计师建造优化的和有竞争力的产品。

Autodesk Inventor Simulation实现了运动学动力学和线性有限元分析的联合仿真。为了研究某个设计的性能，设计师一开始使用运动仿真模块来计算运动与动力学特性，包含借些装置在运行周期中的位置，速度和加速度，也涵盖每个运动副的反作用力。然后这些力作为第二个阶段也就是有限元分析的输入参数，从而计算出内外部应力。

设计仿真与分析连杆

当设计人员在Autodesk Inventor完成初始3D模型的设计与装配之后，只需要点一下就可以把模型导入到Autodesk Inventor Simulation环境中。另外，设计师可以很方便地无缝地在设计与仿真环境之间切换。

在仿真分析环境里，第一步要做的事情是把装配约束转换成机械运动副。这个功能只需要几秒钟就可以转换整个装配中的所有约束。

接下来的步骤是定义另外的运动，环境约束和驱动力。在如上的活塞装配图中，一个驱动载荷添加在活塞上去模拟燃烧爆炸的推力。加速度越大会导致更大的燃烧爆炸推力，从而让汽车开得更快。设计者可以通过强大的输入图示器很方便地模拟输入载荷。

在输入正确环境约束和运动副之后，设计师启动仿真并通过输出图示器来解读结果，如下图。除显示标准的参数之外，设计者还可以创建自定义参数以有效地解读仿真。其中一个最重要的参量就是运动副上的反作用力。对于传统的昂贵的物理样机来说，这样的分析需要大量的计算和测量时间。

使用运动学仿真模块，设计师可以把多个时间步载荷传递到应力分析环境，就如下插图所示。这些载荷可以被自动地传递和添加在需要被分析的零件的承载面上。正是因为载荷的传递是自动的，所以设计人员没有必要像在使用孤立的分析软件中去手动添加载荷和约束，只是需要点击求解按钮来启动分析。而且也没有必要去修改网格大小因为这也是自动的。分析结束后会通过使用颜色分级显示来展现区域应力峰值，这就非常容易去识别那些地方承受较大的应力。通过解读结果，设计师可以更改设计来充分分布应力和减少应力峰值。而且也可以在不增加应力峰值的情况下实现零件轻量化。使用此项技术，用户在使用最少材料快速开发零件的同时提高最终产品的功效。

结束语

Autodesk Inventor Simulation提供了与Inventor3D模型直接交互的易用使用的工具集，克服了传统的专业化的FEA和运动分析解决方案的弊端。它给设计人员们提供了一个真实并且能够被用于实验各种不同设计方案的数字样机。同时，它可以确保最终产品的性能能够切切实实地满足客户的需求。预测和传递反作用力至应力分析环境的这种功能让设计者可以借助数字样机来优化零件几何并减少构建昂贵的物理样机的次数。使用AutodeskInventor Simulation，用户可以做到：

• 更快地把产品推向市场

• 降低保修成本

• 提高产品质量