基于solidworks对结构架的分析和优化:solidworks焊件结构件
摘 要 旋转平台结构架由多种型材焊接而成,对其进行受力分析较复杂,借助solidworks的有限元分析软件对平台结构架进行受力分析,提高了工作效率,同时在满足使用性能的前提下对结构架的尺寸进行了优化设计,降低产品成本,提高了企业的效益。
关键词 solidworks2010;有限元;建模;网格化
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0117-01
旋转平台的结构架是整个旋转设备中主要承载的部件,它的强度和刚性情况直接决定了旋转平台设备的使用性能,平台的结构和受力情况如图1所示。
图1
如果对单根梁进行受力分析显然很容易,但这个结构架为若干不同规格的结构架焊接而成,分析则比较复杂。每个转台台面钢架由8个扇形钢架组成,单件结构架由三种不同规格的矩形管焊接而成,整个转台的承载能力要求为60 KN,结构架为8个,受力按均布载荷处理,这样每个结构架的受力按8 KN计算。扇形钢架是由80×60×5、60×60×5和40×20×2.5的矩形管焊接而成。
1 有限元模型的建立及分析
首先我们先用solidworks2010建模。
新建一个零件文件,点击绘制草图,选择一个基准面。用相关的草图命令勾勒出线条,用尺寸进行约束。草图做好后,添加型钢。利用solidworks的焊接功能建模,点结构构件工具图标,选取边缘的线段做路径,材料规格选择方管管60×60×5。同理做出中间的大梁和其余的小梁,规格分别为80×60×5、40×20×2.5。然后利用剪裁命令处理掉多余的部分,建好的模型如图2。通过属性设置好材料,可知结构架的重量为82 kg。
梁的边缘都为圆角,这样分析起来会增加分析的时间。如果我们把结构架上圆角压缩掉,这样对计算结果没有什么影响并提高计算速度,所以将圆角都压缩掉。
1)由于目前的版本不支持多实体,所以先将多实体组合成单实体。运行solidworks自带的有限元分析插件simulation xpress。点选项,设置好分析结果的保存位置后,接着点下一步。然后点添加夹具,选择固定不动的面。本例中由于结构架靠中心支撑和轨板来支撑,所以选取这两个部分做固定约束部分,见图2。选好后接着下一步。
图2
2)添加载荷。选择添加力,系统默认力的单位是公制(N),选取结构架约束的背面作为承重面,添加载荷大小为8 KN,方向垂直向下,选好后点确定,接着下一步。
3)选择材料。型钢的材料一般为Q235,我们选择普通碳钢,其力学性能为δs=235 Mpa,δb=370 Mpa弹性模量为2×105 Mpa,泊松比0.3,密度7.85×103 kg/m3。没什么问题就可以模拟了。
4)运行模拟。计算机首先对模型进行网格化,网格化是比较费时的,结构越复杂运行的时间会越长。当分析失败时可以减小网格的大小,完成网格化。网格完毕后模型如图3所示。
图3
接着系统自动分析,现在我们所做的就是等结果。分析结束时solidworks自动列出零件所受的应力、位移、变形、和安全系数等参数。
在results一栏中点击显示von mises应力分析得知应力情况:最大应力为118 Mpa,也就是结构架受力的薄弱环节。点击显示位移,位移情况:最大位移1.12 mm,从图上可以很明显的看出最大位移发生在梁的中部。系统也会自动列出安全系数,并且很清楚的表达出安全系数小于1的位置。本次分析的安全系数:结构架的安全系数为2.39。
2 优化及改进
根据平台的工况,2.39的安全系数有点保守了,结构架在满足使用条件的前提下优化设计,这里我们将原来60×40×5的方管改为60×40×4的矩形管,矩形管80×60×5变为80×60×4,看在同样的约束位置和相同载荷的情况下结构架的受力情况。
分析得知:最大应力205 Mpa;最大位移1.17 mm;安全系数1.38。
当然软件分析只是一种依据,能否可以还要经过事实的检验。通过实际加载试验表明,更改后的结构完全算能满足平台的性能要求
3 小结
以前我们在计算的时候可能要通过繁琐的公式来进行计算,但计算的时候往往要讲模型简化,这样虽然容易分析,但无疑会偏离正确的结果。现在通过应用solidworks有限元分析功能提高分析结果的准确性,也极大的提高了工作效率,同时节省了生产成本,为企业创造了效益。更改前每个结构架的重量为82 kg,更改后重量为61 kg,节省钢材21 kg,那么一个转台的重量节省168 kg。每年按70台生产量算则可节约11.76吨左右,钢材价格每吨5 000元则仅此一项就可节约钢材成本5.88万元。
参考文献
[1]武和全.汽车车架严重载荷工况下的应力分析[J].机械设计,2008,1:56-58.
[2]陈晓娟.基于Pro/M的大口径反射镜的变形分析及其支撑优化[J].机械设计,2008,2:68-70.
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