基于UG软件有限元分析的零件受力分析

基于UG软件有限元分析的零件受力分析
作者：李涛姜琨久
来源：《中国高新技术企业》2013年第19期
摘要：文章运用UG8.0软件的有限元分析来完成铝合金变速箱模具的换挡拔头力学分析，来体现有限元CAE在现代产品设计中的优势及其常见的分析功能。

通过一个简单结构静力学分析实例，详细介绍了建立高级仿真环境、有限元模型、仿真模型和后处理的操作步骤和解题思路。

关键词：UG8.0；有限元；高级仿真
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）28-0063-02
1 对有限元法概述
有限元法是现代产品及其结构设计的重要工具，它的基本思想是将连续的物理模型离散为有限个单位元，使其只在有限个指定的节点上互相连接，然后对每个单位选择一个比较简单的函数，近似模拟该单元的物理量，如单元的位移或者应力，并基于问题描述的基本方程建立单元节点的平衡方程组，再把所有单元的方程组集合为整个结构力学特性的整体代数方程组，最后引入边界约束条件求解代数方程组而获得数值解，如结构的位移分布和应力分布。

2 工艺分析
UGNX高级仿真和其他有限元分析软件基本操作一致，分为创建有限元模型、创建仿真模型和后处理三大步骤。

还可以完成结构优化、疲劳耐久预测等任务。

本次工艺是利用结构静力学分析功能完成。

一般流程示意图如图1所示：
图1
3 创建有限元模型
对参数、材料、物理属性的定义，但是由于篇幅的限制我们就不列举说明。

3.1 网格划分
在UG高级分析模块包括零维网格、一维网格、二维网格、三维网格和连接网格5种类型，每种类型都适用于一定的对象。

本次工艺我们所应用的是三维网格，3D四面体网格常用来划分三维实力模型。

在
NX.NASTRAN解算器中包含四节点四面体和十节点四面单元。

单击工具栏中的【3D四面体网格】，弹出【3D四面体网格】对话框，默认【单元属性】的【类型】为【CTETRA（10）】，单击【单元大小】右侧【自动单元大小】，对话框现实【6.56】，手动将其修改为【3】，如图2所示：
图2
3.2 有限元模型检查
单击工具栏中的【有限元模型检查】图标，弹出【模型检查】对话框，单击【应用】按钮，在弹出的【信息】中出现【Numberfailed】，发现模型正常，没有出现划分失败的网格。

4 创建仿真模型
4.1 约束类型
一般是受到其他部件外部的作用，其受到的不同类型的约束。

约束的种类很多，如圆柱形约束、滑块约束、滚子约束、对称约束等。

而本文所采用的约束类型是圆柱形约束。

4.2 载荷类型
单击工具栏中【载荷类型】突变右侧的小三角形，单击其中的【力】图标，弹出【力】对话框，默认【类型】为【幅值和方向】，在窗口中单击小孔右侧的内表面，在【指定矢量】中切换为【XC轴】选项，在【力】数值框中输入【100】，单位为【N】，单击【确定】按钮。

5 后处理分析
5.1 应力分析
单击【Solution 1】【应力-基本的】【Von-Mises】节点，双击【Von-Mises】节点并在工具栏中单击【标记开/关】图标，得到该模型的Von-Mises应力分布情况，其云图如图3所示。

最大应力位于图标1位置，10243号单元，其值2MPa，受外载荷后最大应力没有达到模型材料屈服强度的60%，说明模型的强度在当前边界约束和载荷条件下是足够的。

图3
5.2 选择路径分析
5.2.1 分析在位移【X】轴路径图，先用单击【后处理导航器】的【云图绘图】中【post visw 1】图标，名称【Path 1】如图4所示：
图4
5.2.2 分析在模型应力路径图，先用右键单击【后处理导航器】的【应力-单元节点】中的【Von Mises】如图5所示：
图5
6 导出报告
单击下拉菜单“工具”“导出报告”，系统显示上述创建的报告。

在导出报告中有我们在本次UG有限元设置的所有内容和进度报告。

至此整个分析过程结束。

7 结语
本文是通过UG8.0软件，结合实际生产铝合金变速箱顶盖换挡拨头，运用CAD/CAE软件与实际生产设计的结合。

分析生产中对模具有可能出现的力学问题，采用【标示】和【路径】功能，记录和分析各个节点或者单元及其在某个方向上它们的位移、力、应变和应力的变化趋势和规律，能有效减少生产中缺陷，提高了铸件尺寸的精确度，使模具达到用户的要求。