基于COSMOSWorks的大盘卷步进梁有限元分析
基于SolidWorks和Cosmos的模具结构三维设计及有限元分析
2004年4月第21卷第2期沈阳航空工业学院学报Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering Apr.2004Vol.21 N o.2文章编号:10071385(2004)02004402基于Solid Works 和Cosmos 的模具结构三维设计及有限元分析包明宇 曹国强(沈阳航空工业学院机械与汽车学院,辽宁沈阳 110034)摘 要:复杂结构注塑模具的设计和强度、刚度分析是注塑行业的重要难题。
利用Solid Works 三维设计软件实现了注塑模具的三维实体建模,并运用COSM OS/Wo rks 软件对注塑模具的典型部件进行了有限元分析,验证设计的零件是否符合实际工作情况是实现注塑模具现代化设计的重要途径。
通过G earT r ax 2001Plus 、T oolbox 等外挂、内挂插件的使用,大大地简化了建模过程,克服了原有设计方法的不足,为解决较复杂的结构设计和理论分析问题提供了一种新的途径。
关键词:三维设计;有限元分析;注塑模具;建模中图分类号:T G24文献标识码:A注射模具的结构是由注射机的形式和制件的复杂程度等因素决定的。
凡是注射模具,均可分为动模和定模两大部分。
注射时动模与定模闭合构成型腔和浇注系统,开模时动模与定模分离,取出制件。
定模安装在注射机的固定板上,而动模则安装在注射机的移动模板上。
根据模具上各个部件所起的作用,可细分为成型零部件、浇注系统、导向部分、分型抽芯机构、分型抽芯机构、螺纹型芯和芯圈的退芯机构、冷却和加热机构等部分[1](如图1所示)。
图1 模具结构图示(1)凹模的设计成型塑件外表面的零件称为凹模或型腔。
凹模的结构形式可分为整体式,整体嵌入式,局部镶嵌式,组合式等。
本文采用组合式凹模设计方法。
设计时应尽量应下列要求:收稿日期:20031104作者简介:包明宇(1968),女,辽宁彰武人,讲师将型腔的内形加工变为镶件或组合件的外形加工。
基于SolidWorks和Cosmos_Works的有限元分析
随着电子计算机软硬件技术的不断发展和应用领域的日益扩大，计算机快速、准确的运算功能和图形功能，被广泛应用于现代设计方法中。
在现代设计阶段，解决的主要问题之一是一个承受载荷的组合体在各种运行条件下，内应力和变形要保持在一定的范围内，并要同时考虑在选用材料、工艺方法等技术限度内要达到优化设计的最佳状态。
在设计中通常利用计算机，并借助一些数学、力学工具来做大量的分析研究工作，其中包括对各种方案的分析比较。
当前采用的基本方法是应用范围极广泛的有限元法。
有限元法是以电子计算机作为计算工具的电算方法，它是对大型、复杂结构进行分析的有力工具。
近年来国外的一些大型商品化结构有限元分析程序得到了较大的发展，其中最著名的有AN-SYS、NASTRAN等。
然而，由于有限元分析本身具有专业性强和建模复杂繁琐的特点，所以即使是使用目前最先进的有限元分析程序进行大型复杂结构的有限元分析，仍需要投入较大的人力和物力。
为了降低有限元分析的成本，SRAC公司开发了面向微型计算机的大型结构有限元分析程序Cosmos/Motion，其目标是在微型计算机上完成原需要在中小型或大型计算机上才能完成的有限元分析计算，为工程师提供了在SolidWorks环境下的完整分析手段，可快速地对设计模型进行分析验证，获得最准确的修正数据来完善产品的设计。
其载荷和边界条件完全提取于SolidWorks模型，且随着SolidWorks几何特征的改变而更新；结合有限元算法（FEM）[2]，直观智能地划分网格单元、定义边界载荷条件，快速地求解计算结果；多种形式输出分析结果：应力、应变、形变等各类图表、梯度表、曲线图，基于动画等形式产生结果的仿真显示和报告。
分析的模型和结果与SolidWorks共享一个数据库，这意味着设计与分析数据将没有繁琐的双向转换操作，分析也因而与计量单位无关，计算结果也可以直观地显示在SolidWorks精确的设计模型上。
这样的环境既操作简单、又节省时间，而且硬盘空间资源要求很小。
基于COSMOSWorks的作业架横梁有限元分析
基于COSMOSWorks的作业架横梁有限元分析马世榜;姜萌【摘要】阐述了根据某作业架的工作情况和结构,对其关键部件横梁进行了理论计算分析,采用有限元分析方法,建立了三维计算模型,运用COSMOSWorks软件对作业架横梁进行有限元分析,分析结果与理论计算分析一致,为优化横梁尺寸结构提供理论依据.对数据进行了分析,提出改进横粱结构尺寸的措施,分析改进后的横梁,结果表明,改进后的横梁既节省材料又安全可靠.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2010(039)003【总页数】3页(P69-71)【关键词】作业架;横梁;有限单元法;COSMOSWorks【作者】马世榜;姜萌【作者单位】南阳理工学院机电工程系,河南南阳,473004;南阳理工学院机电工程系,河南南阳,473004【正文语种】中文【中图分类】TP391.771 引言图1 作业架示意图设计某型号作业架如图1所示，作业时作业架的横梁可以根据作业情况做升降运动，横梁上的挂接装置挂接载荷根据作业要求可以在横梁上做左右移动。
作业时横梁最高可以升高到1.5m的高度，横梁的跨度是4m，要求工作安全系数 S＝1.5，横梁的最大变形量不超出20mm。
作业架中关键的承载件横梁长期以来一直采用经验设计方法进行的设计，由于横梁较长，为节省成本，采用市场上供应的20a号工字钢，即200mm×100mm×7.0mm－GB706－88，其横截面尺寸如图2所示，高度h＝200mm，腿宽度b＝100mm，腰厚度 d＝7mm，材料为Q235－A，许用弯曲应力为［σ］＝157MPa，横梁允许最大变形量Δ＝20mm。
为使其结构尺寸更加合理，避免发生材料浪费、能耗大等现象，以降低生产成本，本文采用有限元分析方法，对作业架关键承载件横梁进行有限元分析，根据分析结果提出结构设计改进方案。
图2 横梁横截面图2 横梁理论受力分析横梁两端是通过焊接固定在升降装置上，只可沿着作业架两侧的立柱做上下移动，其受力模型可以简化为一简支梁。
基于COSMOSWorks的钢制压力容器有限元分析
ｃ ｕａ ｌｂｌｙ ｐｉ ｅ ｅｉ ｆｒｈ ｅｓｒｖｓｅ ａｃｒ ｙａｄｅｉ ｉｔｏｏｔ ｚｄｄｓ ｎｏ ｅ ｒｓｕｅ ｅｓｌ ｃ ｎ ｒ ａ ｉ ｆ ｍｉ ｇ ｔ ｐ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｓ ｕ ｅｖ ｓ ｅ ； ｉ ｉｅ ｅ ｅ ｅ ｔ ｎ ｌ ｓ ； ｙ ｗｏ ｄ ： ｓｇ ｆ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌ Ｆ ｎ ｔ ｌｍ ｎ ａ ｙ ｉ ＣｏＳ ｏＳ ０ ｋ ｐ ａ ｓ Ｍ Ｗ ｒｓ
【 摘
要】 压力容器设计的常规方法是采用薄膜理论和第一强度理论进行设计， 以保证压力容器
不允许 出现 塑性 变形 的前提 下确定 主要 受压 元件 用材 和焊缝 系数 。由于在设 计 中未对 实际应 力进行 严
格而详细的计算， 设计选取的安全 系 数较 大， 经济性不好。利用 Ｃ Ｓ Ｏ Ｗｏ ｓ Ｏ Ｍ Ｓ ｒ 软件 的有限元分析功 ｋ 能， 模拟 实例容器加载后的应力、 变、 应 位移情况， 揭示出了压力容器承载时的应力分布规律和变形情 况， 进而对初步设计进行修改和优化 ， 达到节约材料或明确工作能力的潜力的 目的， 为实现压力容器优 化设计的准确性和可靠性提供 了一个有效途径。 关键 词 ： 力容器设 计 ； 限元分析 ； ＯＳＭＯＳ ｒｓ 压 有 Ｃ Ｗｏｋ 【 ｂｔ ｃ 】 ｈ ｔｄｔ ｎｌ ｅ ｇ ｐｅ ｕ ｅ ｅ ａｏｔ ｕｌ ａ ｄｏ ｅ ｅ ｂ ｌ ｔ ｏ Ａ ｓ ａｔ Ｔ ｅ ｒ ｉｏａｄｓ ｎｏ ｒ ｓｒ ｖｓ ｌ ｐｅ ｉｕ ａ ｙ ｓ ｎ ｈ ｍ ｒ＇ ｈ ｒ ｒ ａ ｉ ｉ ｆ ｓ ｅ ｓ ｄ ｄ ｓｓ ｌｂ ｅ ｔ ｍ ａ ｅ ｙ ￣ ａ ｄｔｅ ｒ ｒｎ ｔ ｅ ｒ ｈｃ ｅｉ ｕｐ ｓ ｉｔ ｄ ｔ ｍ ｎ ｅｍａ ｒ ｌ ａ ｄｗ ｌｉｇｓａ ｏ ｆｃ ｎ ｎ ｓ ｓ ｅ ｇｈｔ ｏｙｗ ｉ ｄ ｓ ｐ ｒｏｅ ｓ ｏ ｅｅ ｉｅｔ ｔ ｉ ｓ ｅｄｎ ｌ ｃｅ ｉ ｔ ｈｆ ｔｔ ｉ ｈ ｈ ｎ ｇ ｒ ｈ ｅａ ｎ ｅｎ ｆ ｅ ｉ
基于COSMOSWorks的实体有限元优化设计及其应用
基于ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ的实制造业信国体有限元优化设计及其应用陈盛贵，陈海彬，叶静（东莞理工学院机械工程学院．广东东莞５２３８０８）摘要：介绍ｒ优化设计的基本原理和方法，通过有限元分析软件ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋ８建立了悬臂支架的实体有限元模型并进行了优化设计。
实例以零件的体积为优化目标，并以结构应力、位移和固有频率为约束条件。
应用ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋＢ进行优化设计。
优化后零件体积减小了２０．３％，大大降低了材料成本．且计算结果表明优化后的结构完全满足给定的约束条件。
关键词：优化设计；有限元；ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ：悬臂支架中围分类号：ＴＢｌｌ５文献标识码：Ａ文章编号：１００９—９４９２（２００９）１１－．００２５－．０２１引言优化设计是一种现代设计方法．建立在优化数学理论和现代计算机技术基础之上，其任务是运用计算机快速地确定工程设计的最优方案。
随着生产技术的发展和科技的进步，对机械产品的设计质量要求越来越高。
产品更新换代的速度也越来越快．这就要求广大设计工作者掌握更加科学的工程设计方法和设计工具．以适应生产力迅速发展的现代市场需要。
本文以ＣＡＥ软件ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ为设计工具．对悬臂支架实例建立了实体有限元模型并进行优化设计。
２优化设计的基本原理优化设计的数学模型是对实际问题的特征或本质的抽象。
是反映各主要因素之间内在联系的一种数学形态。
在大多数情况下，优化问题是求解非线性约束问题。
假设包含在向量Ｘ中的一组设计变量Ｘ。
，ｉ＝１，…，Ⅳ，那么优化问题可统一用如下的数学模型来描述：ＭｉｎＦ（Ｘ）（１）满足：昂（Ｘ）≤０ｊ＝ｌ，…，肘（２）ｈｋ（Ｘ）＝０ｋ＝ｌ，…，￡（３）Ｍ矿≤毛≤算ｔｉ＝１，…，Ⅳ（４）公式（１）定义了设计变量的目标函数．公式（２）和（３）分别表示不等式和等式约束条件．公式（４）定义了寻找最优问题的变量范围。
３ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ优化步骤ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ是众多ＣＡＥ软件中的一种．是与收稿日期：２００９－０２—２７ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ无缝集成的快速有限元分析软件．它提供了诸如静态分析、频率分析、扭曲分析、热力分析、掉落测试、疲劳分析、优化分析和非线性分析等模块．为机械设计工程师提供了比较完整的分析手段。
起重机卷筒轴的设计及基于COS MOS Works的优化
起重机卷筒轴的设计及基于COS MOSWorks的优化第23卷第2期V0I.23No.2湖北工业大学JournalofHubeiUniversityofTechnology2008年4月Apt.2008[文章编号]1OO3—4684(2008)02—0047—03起重机卷筒轴的设计及基于COSMOSW0rks的优化袁莎,,郭燕,陈定方(武汉理工大学物流工程学院,湖北武汉430063)[摘要]运用SolidWorks软件建模,通过c0sM0sw0rks对起重机卷筒轴的有限元分析,揭示了卷筒轴应力的分布规律和安全系数,并对轴进行优化设计.[关键词]SolidWorks;COSMOSWorks;卷筒轴;优化设计[中图分类号]TH128[文献标识码]:A优化设计产生于上世纪60年代,利用有限元方法进行优化设计不仅只限于结构问题,而且可应用到能用偏微分方程表示的任何问题中[1].通过结构优化,可改善零件的整体尺寸,与传统设计方法相比,一般可节约7～40的材料.有限元分析法是随着计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法.其核心思想是结构的离散化口],即在解决复杂的问题时,对所感兴趣的区域进行细分,在每个小区域上用较为简单的插值函数代替其真实解进行分段逼近,得出满足工程精度的近拟结果,从而解决很多传统理论分析无法解决的复杂问题.C0SM0一Sworks能对用SolidWorks设计的零件实体进行应力与变形,热效,振动频率,电磁性能,流体,动力等多项工程分析,进行优化设计和非线性分析,缩短设计所需的时问,提高设计质量和降低设计成本,是目前广为流行的CAE软件[4].1起重机卷筒轴的初步设计1.1确定轴的材料选用45钢.为改善其机械性能,应进行调质或正火处理.1.2计算轴端直径按扭矩初步计算轴端直径d≥C^》/_.式中:P为卷筒轴传递的功率,kW;n为卷筒轴的转速,r/rain;C为由轴的材料和承载情况确定的常数.如果计算截面上有一个键槽,计算出的轴径应增大39/6～5;如果有两个键槽时,计算出的轴径应增大7～10,最后需将轴径圆整为标准值.1.3轴的结构设计以图1说明轴各段直径与长度的确定.此轴各段直径从右至左依次为d,d,d,d.,d,d,d,d,d.,d.,d.;此轴各段长度从右至左依次为z,z,z,z.,z,z,z,z,z,z.,z..轴各段直径与长度的确定如表1和表2所示[5].表1轴各段直径的确定符号确定方法与说明基本尺寸/mm[收稿日期]2007--12--01'[作者简介]袁莎(1983一),女,湖北武汉人,武汉理工大学硕士研究生,研究方向:机械设计及理论.48湖北工业大学2008年第2期...J一图1卷筒轴的结构简图表2各轴段和度的确定符号确定方法与说明基本尺寸/mm轴上的键槽按标准选取2卷简轴的应力与变形分析2.1结构模型用SolidWorks对轴进行建模(图2).图2卷筒轴的结构图2.2边界条件的处理将卷筒轴和卷筒当作铰链支座上的双支点梁;不计轴,轴上零件的质量和轴承中的摩擦力;假设支反力集中作用在轴承宽度的中点和卷筒轮毂宽度的中点上.在A,B,C,D,E受力方向为垂直于设计基准面,而大小均为4.98×10N.2.3材料定义材料:45钢;弹性模量,2.1x10uN/m;抗剪模量,7.9×10N/m;密度,7.7kg/m.;屈服强度,3.6×10N/m;抗拉强度6.5×10N/m..2.4有限元分析设置上述参数,利用COSMOs/works所推荐的实体网络划分,对模型进行计算.2.4.1应力分析从图3(a)中可以看出,最大应力为2.0302e+008N/m,位于轴颈(105ram)与轴身(102ram)的联接处.2.4.2变形分析从图3(b)可以看出,最大变形为0.132282mm,位于与联轴器相连的轴上(j2『90ram).2.4.3最小安全系数从图3(c)可以看出,最低安全系数为1.8,位于轴颈(105ram)与轴身(102ram)的联接处,这说明卷筒轴设计偏于安全,轴结构还应进一步优化.(8)应力分布(b)变形分布(c)安全系数图图3卷筒轴的有限元分析结果3优化设计3.1质量特性分析通过SolidWorks的质量特性分析得轴总质量m一71.5509kg,对安装,维修带来一定的不便,且轴的切削量也较大.由图3(c)可见,轴的绝大部分位置,如轴的中间部分,安全系数高达100(此处虽变形量最大,为0.132282mm,但也在安全变形范围内),而危险截面在j2『105mm与j2『102mm的联接处,主要是由于轴肩处应力集中而形成的.第23卷第2期袁莎等起重机卷筒轴的设计及基于cOSMOSworks的优化49 3.2优化措施将106mm减少到86mm,这样质量下降到62.2624kg,减少了13,且切削量△下降,效果明显.在105mm与102mm的轴肩处,用R一1mm的过渡圆角来代替直角,以减小应力集中.3.3安全校核对优化后的卷筒轴重新建模,在边界条件不变的情况下,对其进行COSMOS/works分析,结果如图4.(a)应力分布图(b)变形分布图(c)安全系数图图4优化后卷筒轴的有限元分析结果从图中可以看出,虽中间轴径由106mm减小到86mm,但对变形量影响不大,最大变形量为0.128302mm.安全系数仍达1.6,安全余量较小.4结语卷筒轴作为受力零件,若用传统的方法进行校核并优化结构,过程复杂繁琐.用SolidWorks建模, 并对其材料进行定义后,可很方便地得出轴的质量, 体积,重心,转动惯性等参数.再根据实际条件定义约束和载荷后,利用COSMOS/Works进行有限元分析,可很快得出应力,变形,最小安全系数等参数. 若在并行设计[6]的环境下,此种设计方法,能更快的设计出符合市场所需的产品.[参考文献]SigmundO.A99linetopologyoptimizationcodewrit—teninmatlab[J].StructuralandMultidisciplinaryOpti- mization,2001,21:120——127.陈秀宁,机械优化设计[M].浙江:浙江大学出版社, 1999:85—132.马奎兴.有限元及软件ANSYS简介[J].水利科技与经济,2004(1O):190.周冰.COSMOS提升设计分析水平EJ].微型机与应用,2007(5):2O一23.交通部水运司.港口起重运输机械设计手册[M].北京:人民交通出版社,2001:11J5—182.罗彩霞.论产品开发中的并行设计EJ].山西科技,2005(1):45—47.DesignofCraneSDrumShaftandOptimizationBasedonCOSMOSWorksYUANSha,GUOYan,CHENDing—fang(SchoolofLogisticsEngine,WuhanUniv.ofTechnology,Wuhan430063,China) Abstract:PreliminarydesignmodelofcranesdrumshaftismadebyusingSolidWorkssoftwa re.BasedontheCOSMOSWorks,elementanalysisforcraneSdrumshaftiscarriedouttorevealthestressd istribution instructureofdrumshaftandsafetyfactorandactualizetheoptimaldesignofdrumshaft. Keywords:solidWorks;COSMOSWorks;dru.mshaft;optimaldesign[责任编校:张众]]]]]]]口。
COSMOS有限元分析理论基础
华睿在线技术专刊COSMOS 有限元分析理论基础Comos 系列软件是由 SRAC 公司推出的业界著名有限元分析系列软件,它以简单易用, 功能强大并且分析快速而准确而著称.利用 Comos 的软件功能,使工程师能在产品开发过 程中达到设计分析的能力.正是由于以上的原因,该软件也越来越被广大用户所欢迎,在整 个业界受到了越来越多的应用. 要掌握 Comos 系列软件相对于其他分析软件要简单的多,但是毕竟它也是属于有限元 的范畴, 这里我就一些有限元的基本理论作一个简单的概述, 以使大家对这块儿基本理论有 一个大概的了解,为有限元的分析打下良好的基础.一,什麽是 FEA?先来看看什么是 FEA/M.我们先看看他们的全称: FEA 是 Finite Element Analysis 英文的缩写,意思是有限单元分析; FEM 是 Finite Element Method 英文的缩写,意思是有限单元分方法; 所以,我们可以这样认为,FEA 是一种 将复杂的几何模型离散分解成许多简单的小块 的 分析方法或手段 学过理论力学的人都知道, 我们在现实世界中传统的方法就是利用解析方法来处理相关 问题,比如对于一个梁的受力情况分析.这种分析的方法在处理这些问题的特点显而易见, 首先要求该分析的人员要具备一定的理论知识, 对于这类哪怕是最简单的对象的分析处理也 比较复杂,复杂的分析量就会大幅度上升.看看下面的例子,对于这种钢结构的分析使用这 种方法也能找到解决的方法,但是我想大部分的人都会对它的大量计算感到为难.类似的问题在现实的例子中会有更加多的例子, 可见这样的问题我们使用传统的方法无疑 遇到了瓶颈,理论上方法可解,但是事实上无解.但是我们如果采用有限元的分析方法,他 们都是可以解决的.这也是之所以现今我们在讨论有限元方法的原因.二,FEA 在工业中的作用那 FEA 到底能给我们带来什么呢?…… 我们来看看它的一些作用: 1. CAD 和 FEA 的结合使得在实际工作中使用 FEA 方便简单 2. 在设计中使用 FEA 可以大大减少 (但不是替代) 建物理样机和试验 3. 通过使用 FEA, 设计可以更优,减少重量体积 并且提高可靠性 要认清 FEA 在工业中的作用,要注意 FEA 并不只强调自己 ,FEA 要在设计中发挥作用不 开物理样机的实验. 我们来看看下面的例子:--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 ------wqh469 Wqh469@华睿在线技术专刊 物理实验 – 金相检查 – 各种仪器 (昂贵) 检测 – 重新设计重新试验FEA -了解到各种工况数据 -看到失效形式 -找到危险和没危险的零部件我们试了又试但仍 不知道它为什麽会 坏三,FEA 的一些术语解释我们接下来看看这个网格的具体含义: 一个离散化的模型,代表实际三维物体 我们把实际三维物体分割成一定大小的网格,这样就把一个连续 介质的物体分解成离散化的模型,网格的大小决定其相似程度,网格 越小,相似程度越高,离散化的模型就越接近真实物体,但有限元的 计算也会随之增加. 有限元模型由单元和节点构成 有限元的模型总是由单元与节点构成的.单元用于处理微观 的应力应变的问题,节点用于处理微观位移以及受力的问题 单元与节点在有限元中的处理 应力应变在每个单元中被计算 力和位移在每个节点被计算 单元通过节点相互作用 单元可分为两大类 连续介质(实体, 二维薄板) 结构 (梁, 壳) 上面也算是有限元分析方法的本质所 在了.系统先将实体有限元化,也就是 把实体分解成单元与节点,然后再通过 计算各个单元的应力及应变, 计算出节点 的位移以及受力, 再计算出整个实体的各 种分析结果.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2 ------wqh469 Wqh469@华睿在线技术专刊四,在 FEA 中求解的方法(使用直接位移的方法) 位移被假设是未知的 每个节点有六个可能的位移自由度 (DOF), 即:ux, uy, uz, qx, qy, qz – 根据单元类型不同,每个节点的自由度情况也不同 在 2D 中的连续单元仅有 ux 和 uy 在 2D 中的结构单元仅有 ux, uy,和 qz 在 3D 中的连续单元仅有 ux, uy 和 uz 在 3D 中的结构单元有 所有六个自由度 所有存在的自由度都对应有相应的力和矩 结构分析基础 有限元用于机构分析的理论基础主要是下面三个方程式:平衡方程施加在一个单元上的外力之和为零 这里的这个方程很多人在学物理的时候都 接触过,也就是在平衡状态下面,一个物体 在各个方向上所受的力的总和为零.这里我们把 物体理解为单元.通过这个方程式我们可以列出 其力学方程式.变形协调方程单元节点位移和单元应变的关系 节点力和单元应力亦如此 这个方程式就是用来处理单元与节电之间 的关系的方程式.平衡方程式可以求解除单元 的应力,通过这个方程式我们求解除单元的应 变与单元节点的位移.同理,我们也可以单元 节点处的力的大小. {εi} = [B] {u}应力应变关系(虎克定律)又称为物理方程 定义应力 (s) 和应变 (e)关系 在该关系方程中 [C] 是一个 6X 6 的矩阵 {s} = [C][e}--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 ------wqh469 Wqh469@华睿在线技术专刊方程式说明看下图:100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.2σ= E εValid over the elastic rangeσ (ksi)五,FEA 中的边界条件Stress/Strain for Steel0.40.60.8ε (%)在有限元分析中的边界条件代表实际物理模型和它 周边物体之间的相互作用关系.分析整个系统在很多时 候既不实际也没必要,通过使用边界条件一个系统级的 分析, 可以简化成对一个零部件级的分析. 看看右边这个模型,要对其进行分析,除了我们前 面讲到的方法,其实还要知道它的边界条件.这里我们 可以把边界条件通俗的理解为这里面其中一个物体的可 能被定义方式,比如里面一跟轴的配合关系以及整个零 部件的可动性. 我们在有限元的时候要建立这样的概念, 就是要确定其自由度的受约束性.物体的自由度问题 自由物体有六个自由度( RIGID BODY MODES) , 一个 (RBM) 是一个可能的运动 ,存在有可能的运动 的方向不能有变形. 自由物体有三个移动自由度和三个转动自由度在 COSMOS 软件中定义物体边界条件的过程就是 定义其约束的过程.所以在分析一个物体之前,定义 其约束关系的步骤是必需的.定义的约束我们要遵循 以下的原则: 1.约束条件忠实地反映实际工况 2.刚体六个运动自由度必须被约束掉--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 ------wqh469 Wqh469@华睿在线技术专刊接下来我们来看看在 COSMOS 软件中常用 FEA 等效的约束种类: – 悬臂梁约束 悬臂梁约束 所有的移动和转动都被约束– 导槽约束 仅有一个移动自由度 导槽约束轮廓约束– 轮廓约束 所有的转动被约束仅允许一个 移动自由度--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5 ------wqh469 Wqh469@华睿在线技术专刊– 铰链约束 所有的移动被约束仅允许一个转动自由度铰链约束– 球铰约束 所有移动被消除, 所有转动被允许球铰约束球支撑约束– 球支撑约束 垂直移动被消除 允许绕铅垂轴转动--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6 ------wqh469 Wqh469@华睿在线技术专刊当然,我们在 COSMOS 的新版本里面还见到了一些新的约束方式,这里不再祥谈,上面的 这些是有限元里面常见的方式.六,FEA 中的载荷载荷是什么? 是物体所受外部条件的力的统称 施加在物体外表面的力 称为外力 – 如集中力和压力 施加在物体内部的力 称为体力 – 如重力,离心力,温度应力 有限元处理前给被分析的模型定义其载荷也是所需步骤, 我们往往会参照实际的情况给模型 定义一个接近实际情况的载荷.七,理解有限元分析的过程下面我们通过图形来讲解 COSMOS 软件分析的一般过程: 先看看下面有限元前处理的过程 我们首先利用建模软件产生零件模型(这里的工作可以由 SOLIDWORKS 软件来完成)---〉 然后系统开始划分单元----〉接下来建立单元刚度矩阵---〉再产生总体刚度矩阵---〉然后把 外部的约束定义到环境当中---〉 再把外部载荷定义到环境当中---〉 根据前面的条件建立系统 线性方程组---〉线性方程组求解产生几何模型 划分单元 产生单元刚度矩阵[B] 和几何形状有关, [C]和材料有关[ki] = [B]t[C][B] [K] {u} {f}产生总体刚度矩阵加约束 加载荷建立系统线性方程组 解线性方程组 {u}{f} = [K]{u} [K]-1 {f} = {u}上述就是传统意义上的有限元前处理.Cosmos 软件在这个过程中大部分都是自动完成 的,我们只是需要定义一些参数,比如网格的类型,大小等等,零件模型的约束以及零件的 载荷.但是熟悉上述过程有助于我们在分析中解决碰到的问题,直到它的运作过程,可以更 好的找出疑难问题的解决方法.下面看看有限元后处理的示意图: --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------7 ------wqh469 Wqh469@华睿在线技术专刊这里的过程也比较简单: 利用前面的方程式计算各个单元的应变—〉 计算各个单元的应力---〉获得每个单元的单元应变{εi} = [B] {u} {σi} = [C] {εi}计算单元应力显示结果图再进行总体计算 事实上,有限元分析的基础理论内容并不是 COSMOS 用户必须需要掌握的,哪怕是对 这些内容相当陌生的工程师一样能够利用 COSMOS 系列软件进行分析,我们在这里讨论这 些是满足那些深层次人员的需要. COSMOS 软件的特点很想使一台市场上的时尚数码相机, 不是摄影的专业人士能够利用它来进行清晰的"到此一游"型的照片,那些摄影的爱好者也 可以利用其强大的手动功能来拍摄出各种各样的艺术化的照片效果. 最后,我不得不说明的是,这篇文章是我仓促整理的结果,很多地方还没有经过十分严 格的取证,难免有一些错误的地方,在这里期待与大家一起共同交流提高.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8 ------wqh469 Wqh469@。
solidworks有限元分析使用方法
solidworks有限元分析使用方法solidworks有限元分析应用于机械、汽车、家电、电子产品、家具、建筑、医学骨科等产品设计及研发。
其作用是：确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费; 是产品设计研发的核心技术。
看板网根据超过十年的项目经验和培训经验，提醒各位朋友，有限元分析，不同于绘图。
以下是看板网总结的solidworks有限元分析使用方法，希望对大家有用。
一、软件形式：（一）solidworks的内置形式：SimulationXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。
（二）SolidWorks的插件形式：SimulationWorksDesigner——对零件或装配体的静态分析。
SimulationWorksProfessional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。
SimulationWorksAdvancedProfessional——在SimulationWorksProfessional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。
（三）单独发行形式：Simulation DesignSTAR——功能与SimulationWorks Advanced Professional相同。
二、使用FEA的一般步骤：FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法等等。
（一）建立数学模型有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要，（即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法：1、特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。
2、理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，SimulationWorks 会自动地创建曲面几何体）。
COSMOS有限元分析
1 COSMOSWorks基础
主讲:
计算机辅助工程分析基本理论
• 引言 • CAE的基本概念 • 有限元分析概述 • CAE基本结构与功能 • CAE应用与发展 • 主流CAE软件简介 • COSMOSWorks概述
引言
• 计算机辅助技术已经成为现代设计方法的主要手段和工具。 计算机辅助工程分析方法和软件是关键的技术要素之一。
（a）单元类型
• 弹簧元（拉伸或扭转）CELAS1、CELAS2、 CELAS3、CELAS4
• 线单元 杆元 CROD CONROD 直梁元 CBAR CBEAM 曲梁元 CBEND
• 面单元 三或六节点的三角形板元 CTRIA3、CTRIA6
四或八节点四边形板元 CQUAD4、CQUAD8 四节点剪力板元 CSHEAR
（3）有限元网格生成技术
• 有限单元法是数值分析强有力的工具，它首先将要分析的物 体离散成有限个简单单元的组合，再用这些单元的集合来模 拟逼近原来的物体。然后对离散得到的单元进行分析，最终 得到对整个物体的分析结果。
• 有限元前处理是有限单元法的主要瓶颈，解决这一问题的有 效方法就是用计算机自动地或交互地生成有限元网格。
• 在CAE技术的主要内容包括有限元分析法、边界法、运动机 构分析、气动或流场分析、电磁分析等，其中有限元法(FEA， Finite Element Analysis)在机械中运用最成功、最广泛。
有限元分析概述
（1）有限元分析的基本思想
• 有限元法是复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、 动力相应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能分析 计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方 法。
COSMOS与其他有限元分析软件的比较
COSMOSWorks与其他有限元分析软件的比较: COSMOSWorks是SolidWorks环境下优秀的有限元分析软件.现在，企业面临的最大挑战是怎样快速地推出可以信赖的高品质产品。
达到这一目标的途径只有缩短产品的设计周期、降低产品的制造成本。
这样的问题对稍有一些头脑的人都是可以提出来的，问题是如何去缩短？怎样来降低呢？在一个现代化的企业中，CAD/CAM已经减少了不少设计者的负担，原来被视为CAD/CAM 中配角的CAE（计算机辅助工程）已经不再是以前的可有可无了，现在已经是高品质设计中不可缺少的重要一环，CAE不仅可以减少CAM中制造实体模型的次数，还可以帮助设计者在CAD中合理去建构几何实体模型。
因此合理运用CAE可以缩短产品的开发时间，减少产品制造的成本。
这也从一个侧面说明，在整体效益上看，CAD/CAE/CAM已经是不可分割的了，并且向集成化的方向发展是一个必然趋势。
说的具体一点，CAE可以使企业达到现代化的水准，即可以：1、缩短设计所需的时间和降低设计成本。
2、在精确的分析结果下制造出品质优秀的产品。
3、对设计变更能快速作出反应。
4、能充分地与CAD集成并对不同类型的问题进行分析。
5、能准确地预测产品的性能。
怎样选择CAE软件?CAE在企业中属高深层技术的范畴，因此，选择CAE软件产品应从技术的角度入手，但软件的计算速度、分析问题所需的硬盘空间、软件的使用方便性、软件的分析功能、与其它CAD/CAE软件的集成性，是评价CAE软件的基本准则。
目前在全球范围内的CAE软件产品是非常多的，如COSMOS、ANSYS、NASTRAN、PATRAN、ADINA、SAP、MARC、ASKA、RASNA、JIFEX（国产）等。
下面将美国加州理工学院Paul M. McEcroy博士对一些CAE软件的测试结果公布于此，供一些企业参考。
值得一提的是Paul M. McElroy博士是完全站在公正的、中立的立场上进行这项工作的，并且这些结果已经得了其它有关专家的进一步证实，目前已经成为国际公认的结论。
COSMOS有限元分析
（2）有限元分析的平衡方程
• 有限元分析计算是在得到前处理模块传来的数据后， 根据有关力学原理针对每个单元建立离散结构的物 理方程、几何方程和平衡方程，通过对方程组的求 解从而得到结构上各点的力学特性。
• 有限元法大多采用位移法进行计算，即在求解过程 中，把结构各节点的位移当作未知数，通过求解位 移，进而可以求出应变、应力以及主应力。
• （1）几何逼近：生成的网格是对物体的几何形状在容差 范围内的精确逼近，即网格单元不能落在体外，同时体 内要全部被网格单元覆盖。
• （2）单元合法：网格单元之间不能互相重叠或交叉，任 意两个单元要么无交，要么仅交于一整张面。任意一个 顶点若与一个单元有交，则该顶点必为此单元的顶点。 图中表示了网格的合法性。
• 目前众多的设计单位将“CAD”与“CAE分析”截然分开，由 不同的人或部门来完成设计与分析工作，存在工作和数据交 接、结果等待和评判等过程，造成了整个设计流程的不畅通。 事实上，在理想的现代设计过程中，CAE应该融入产品设计 的各个阶段和环节，实现设计分析一体化。
10.6主流CAE软件简介
• 1.MSC系列工程分析软件
3 CAE与CAD/CAM
• CAD是CAE和CAM的基础。在CAE中无论是单个零件、还是整机 的有限元分析及机构的运动分析，都需要CAD为其造型、装 配；在CAM中，则需要CAD进行曲面设计、复杂零件造型和模 具设计。在CAD中对零件及部件所做的任何改变，都会在CAE 和CAM中有所反应。
• CAD/CAM技术是实现创新的关键手段，而CAE技术就是实现创 新设计的最主要技术保障。
• 当使用有限单元工作时，FEA求解器将把单个单元的简单解 综合成为对整个模型的近似解来得到期望的结果（如：变形 或应力）
基于COSMOSWorks的大盘卷步进梁有限元分析
据大盘卷步进 梁的特点施加约束 、载荷以及定义接触 ，进行 了有限元模拟仿真 ，获 取大盘卷步进 梁在 受到外载荷作 用后 的受力情况 ，得 出其应力应变分 布图。并对得到的结果进行对 比分析 ，对步进 梁结 构的优化设计 提出了改进意见 。
关键词 ：大盘卷步进梁 ；有限元分析 ；Ｃ Ｓ Ｓ ｒｓ Ｏ ＭＯ Ｗｏ ｋ
Ｚ Ａ Ｇ Ｘ ａ—ａ ，ＬＵ Ｙｎ Ｈ Ｎ ｉ ｊ ｎ Ｉ ｉｇ ｏｉ
（ｈ ｎｈｉ Ｚ ｅｖｙＭａｈｎｒ Ｉｔ ｒｔｎ ｏ ，Ｌ ． ｈｎｈｉ ０ ９０，Ｃ ｉａ Ｓ ａｇａ Ｘ ＳＨ ａｅ ｃｉｅｙ ｎ ｇａｏ ｇＣ ． ｔ ，Ｓ ａｇａ ２ １０ ｅ ｉ ｄ ｈｎ ）
进梁 设计 的重要 问题 。
设备 强度 不够 ，安全 隐患严 重 ，严重影 响现 场 的
生 产效 率 。针 对盘卷 步进梁 现存 的主要 问题 ，盘
卷步进梁设备必须进行更新改造 。
２ 有 限元 分 析
２ １ 大 盘卷步 进梁几 何模 型的建 立 ．
大盘 卷步进 梁设备 主要 由两 部分组 成 ，一是 升 降梁 ，二是平 移梁 。 当升 降梁处 于下 位 ，平移
ｔ ｎ ｍ ｐ ｈ ｅ ｂ ａｎ ｄ，ａ ｄ ｔｅ ｏ ｔ ｎ ｓ ｌ ａ ｅｂ ｅ ａｙ ｅ ｙ ｃ ｍｐ ｒｓｎ Ａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｍ ｎ ｕ ｇ ｓ ｉ ａ ａ ｂ ｎｏｔ ｅ ｏ ｓ ｅ ｉ ｎ ｂ ａ ｅ ｒ ｕｔ ｈ ｖ ｅ ｎ ａ ｌｚ ｄ ｂ ｏ ａｉｏ ． ｎ ｈ ｉ ｄ ｅ ｓ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｔ ｇｅ— ｓ
某 钢厂 线 材 分 厂 大 盘 卷 步 进 梁 机 械 设 备 从 ２０ ０ ３年投 入 使 用 至 今 ，始 终 存 在 一 些 问 题 ，随 着生产 规格 的增加 和产 量上升 ，大 盘卷步 进梁 机
基于COSMOSWorks的整装整卸托盘纵梁的优化设计
海油（北京）能源投资有限公司 桑军 军事交通学院李立顺孟祥德李红勋
摘要：介绍了基于ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ软件对整装整卸托盘的纵梁进行有限元分析和优化设计的流程和基本方 法。优化结果表明，托盘纵梁的截面高度可适当减小，以降低车辆重心，提高行车稳定性，使整车质量减小。
ｗａｒｅｈｏｕｓｅｓ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ。
１９８５，２３（４）：８２５ｑ３９
５
Ａｚａｄｉｖａｒ Ｆ：Ｏｐｔｉｍｕｍ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅ８０ｕｎ：ｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ
ａｕｔｏｍａｔｅｄ ａｎ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅ８８ ａｎｄ ｒａｃｋ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｐａｃｅｓ ｉｎ
关键词：托盘纵粱；有限元分析；优化设计；ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍａｌ ｄ∞ｉｇｎ ｏｆ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｂｅａｍ ｏｆ ｐａｌｌｅｔｉｚｅｄ ｌｏａｄ－ ｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ＇ｓ ｐａｌｌｅｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｂｙ ｌｏｗｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｂｅａｍ ｓｅｃｔｉｏｎ ｈｅｉｇｈｔ，ｔｈｅ ｇｒａｖｉｔｙ ｃｅｎ． ｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｎａｓｓ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｍｌ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．
整装整卸运输车是一种用于物资集装化装卸
和运输的现代化专用运输车辆，提高行车稳定性、 降低车重始终是车辆设计追求的目标。
Solidworks有限元分析教程
Hoop Stress (tangential):
Select “Axis1” and then define stress plot in Y-direction (radial to the axis). Select deformation scale=1 Right-click on the stress plot icon “plot2” and then select”List selected”
COSMOS/Works 温度分析示例 ................. 13
线性静力分析：定义专题 .............................13 线性静力分析：定义材料属性 .....................14 线性静力分析：网格划分 .............................30 线性静力分析：定义约束 .............................42 线性静力分析：定义载荷 .............................47 线性静力分析：求解 ....................................54 线性静力分析：观察结果 .............................55
Cosmos/Works的用户界面
Cosmos/Work模型 / 有 限元模型之间进 行切换显示 对当前专题进行计算
生成有限元网格 定义材料 定义、修改、删除专题
Cosmos/Works的选项对话框
Cosmos/Works线性静力分析
例1.支座分析 例2.轴承载荷 例3.壳单元，静水压 例4.Motion，远端载荷
前处理
建立分析对象的有限元模型
基于Solidworks的桥式起重机主梁有限元分析
基于Solidworks的桥式起重机主梁有限元分析本文针对桥式起重机的结构特点，采用三维设计软件solidworks建立了桥式起重机主梁结构的三维模型，并对其进行了应力分析与位移分析。
分析指出主梁腹板截面突变处存在严重应力集中，降低了桥式起重机的承载力，对桥式起重机的正常运行过程存在安全影响。
因此有必要在改造桥式起重机时，对主梁腹板进行特殊的考虑。
标签：桥式起重机SolidWorks 主梁0 引言桥式起重机的大梁横跨于跨间内一定高度的专用轨道上，可沿着轨道在跨间的纵向移动，在大梁上布置有起升装置，大多数起升装置采用起重小车，起升装置可沿着大梁在跨间横向移动，外观像是一条金属的桥梁，所以人们称为桥式起重机。
桥式起重机也俗称“天车”。
本文采用三维设计软件solidworks分析了目前在研究桥式起重机中存在的问题，对桥式起重机的主梁进行了建模和相应的理论计算，然后对其进行有限元分析，找出了主梁容易发生疲劳损伤的部位，为以后设计、运行与维护提供理论依据[1]。
1 研究对象尽管桥式起重机的类型繁多，但其基本结构是相同的。
桥式起重机主要由大梁，起升装置，端梁，大梁行走机构，起升装置行走机构，轨道和电气动力，控制装置等构成。
主梁变形一般是指主梁上拱严重减少和残余下挠（空载时，起重机主梁低于水平线的下挠值），这对起重机的安全使用和承载能力都将产生严重影响，甚至可能发生人身和设备事故，所以主梁变形与设备安全密切相关，应引起设备管理人员，有关领导及天车、起重工的重视[2-3]。
本文所研究对象的技术特性表和材料分别在表1，表2中列出。
2 基于Solidworks的三维建模2.1 桥式起重机主梁三维参数化设计方法Solidworks是windows环境下的三维机械CAD软件。
采用windows用户界面，具有三维CAD软件一贯提倡的易用性、高效性和功能强大，完整的提供了产品设计的解决方案。
目前，使用solidworks软件进行参数化建模的主要技术特点是：①基于特征。
基于COSMOSW0rks的底座有限元分析
（ （ 总第 ２ ２ ４期） 四圈圃咽
摘 要 ： 采用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ实现 全 自动 划 片机 的三 维 建模 ， 在 Ｃ ＯＳ ＭＯＳ ｗｏ ｒ ｋ ｓ 有 限元仿 真环 境 下 ， 对Ｙ Ｚ 向工 作 台底 座 进行 变形 位 移分 析 ， 通过 不 同给 定距 离的模 拟 ， 确 定 最优 的后 支撑 点与 后 边
Ｔｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ａ ｓ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ＣＯＳ Ｍ ＯＳ Ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ
Ｙ ＵＥ ｙ ｕ ｎ ，ＣＨ ＡＮ Ｇ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ，ＬＩ ａ ｏ ｒ ａ ｎ， Ｙ ＡＮ ｑ ｉ ｌ ｉ ａ ｎｇ
全 自动 晶 圆 划 片 机 是 集 成 电 路 半 导 体 加 工 后 封 装 工 艺 中最 重 要 组 成 部 分 。 在 半 导 体 封 装 产
真 环 境 下 ，对 Ｙ ｚ 向工 作 台 底 座 进 行 变 形 位 移 分 析， 通 过 模 拟 不 同 的给 定 距 离 ， 确 定 最 优 的 后 支 撑 点与 后 边 缘 距 离 ， 为 其 进 行 优 化 结 构 设 计提 供 了 重 要 的参 考 依 据 。
ｆ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｄ ｉ ａ ｎ ｋ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ７ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｕｓ ｉ ｎｇ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ｃ ｉ ｎｇ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｍｏ ｄｅ ｌ ｉ ｎｇ，ＣＯＳ Ｍ ＯＳＷ ｏ ｒ ｋｓ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｖｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ Ｙ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｂｌ ｅ ｂａ ｓ ｅ ｄｅ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ｔｈ ｒ ｏ ｕｇ ｈ ａ ｇ ｉ ｖｅ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎｃ ｅ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｍ ｉ ｒ ｎｅ ｔ ｈｅ ｏ ｐｔ ｉ ｍａ ｌ ｒ ｅ ａ ｒ ｓ ｕ ｐｐ ｏ ａ ｐｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｒ ｓ ｄ ｇ ｅ ｏｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ， ｉ ｔ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎｔ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ：ＣＯＳ Ｍ ＯＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ ；ｂａ ｓ ｅ；ｄｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ
基于solidworks 汽车驱动桥有限元分析概要
Solidworks(cosmosworks 汽车驱动桥有限元分析摘要随着汽车对安全、节能、环保的不断重视,汽车后桥作为整车的一个关键部件,其产品的质量对整车的安全使用及整车性能的影响是非常大的, 因而对汽车后桥进行有效的优化设计计算是非常必要的。
驱动桥作为汽车四大总成之一,它的性能的好坏直接影响整车性能,而对于载重汽车显得尤为重要。
当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载重汽车的快速、重载的高效率、高效益的需要时,必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。
驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。
所以采用传动效率高的单级减速驱动桥已成为未来重载汽车的发展方向。
本文参照传统驱动桥的设计方法进行了载重汽车驱动桥的设计。
本文首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数;然后参考类似驱动桥的结构,确定出总体设计方案; 最后对主,从动锥齿轮,差速器圆锥行星齿轮,半轴齿轮,全浮式半轴和整体式桥壳的强度进行校核以及对支承轴承进行了寿命校核。
本设计具有以下的优点: 由于的是采用中央单级减速驱动桥, 使得整个后桥的结构简单, 制造工艺简单,从而大大的降低了制造成本。
并且,弧齿锥齿轮的单级主减速器提高了后桥的传动效率,提高了传动的可行性。
关键词:驱动桥,主减速器,差速器,半轴,桥壳AbstractTo security, energy-conservation, constant attention of environmental protection wit h the car, the car rear axle is regarded as a key part of the completed car, its product's imp act on safe handling and completed car performance of the completed car of quality is ver y great, therefore is very essential for car rear axle to calculate effective optimization desi gn. Thetransaxle always becomes as four major cars, the quality of its performance influenc es the performance of completed car directly, and seem particularly important to the truck . When adopting the high-power engine to output the big torque in order to meet the need of the fast, heavily loaded high benefit with high efficiency of the truck at present,must m atch ahigh-efficient, reliable transaxle. The transaxle is generally made up of main deceler ator, differential mechanism, transmission device of the wheel and transaxle shell,etc.. Ad opt transmission with high efficiency single grade moderate transaxle become future heav ily loaded developing direction of car already.With car to security, energy-conservation, constant attention of environmental prote ction, car rear axle is regard as a key part of the completed car, its product's impact on saf e handling and completed car performance of the completed car of quality is very great, t herefore is very essential for car rear axle to calculate effective optimization design. This text has carried on the design of the truck transaxle according to the traditional transaxle design method. This text confirms the structural pattern of the main part and main design parameter at first; Then consult the transaxle -like structure, determine the overall design plan; To the main fact finally, the gear wheel of the drivenawl, the taper planet gear of th e differential mechanism, semi-axis gear wheel, the floating type semi-axis and shelly int ensity of integral bridge check and check the life-span in supporting the bearing complete ly. It is following to originally design: Because adopt forms central the grades last transax le,make rear axles whole the of simple structure, manufacturing process is simple, thus bi g reducing manufacturing cost. And, the single grade of main decelerators of the awl gear wheel of arc tooth has improved the transmission efficiency of the rear axle, have improv ed the feasibility of the transmission.Key Words: Transaxle , Main decelerator,Differential mechanism, Semi-axis , Bridge shell目录摘要 ...................................................................................................................................1 Abstract............................................................................................................................... .. 1 目录 ................................................................................................................................... 2 第1章绪论 .........................................................................................................................3 1.1 驱动桥概述 (3)1.2 研究现状和发展趋势 .............................................................................................5 1.3 课题研究方法 .........................................................................................................5 1.4 本课题要解决的主要问题和设计总体思路 ...........................................................6 第 2章 SOLIDWORKS 及 cosmosworks 介绍 .................................................................... 6 2.1 Solidworks软件概述 ............................................................................................... 6 2.2 cosmosworks介绍 ................................................................................................... 7 第 3章汽车驱动桥3D 设计 ............................................................................................... 9 3.1概述 ......................................................................................................................... 9 3.1.1 选择研究对象 ............................................................................................ 10 3.1.2 模型处理 .................................................................................................... 10 3.2建立驱动桥的3D 模型 .........................................................................................11 3.2.1 进入SOLIDWORKS 的操作界面 ............................................................. 11 3.3 驱动桥设计的绘制过程 ....................................................................................... 12 第 3章驱动桥的有限元分析 .............................................................................................. 14 3.1驱动桥壳强度分析计算 ........................................................................................ 15 3.2 实现方法 ............................................................................................................... 15 3.3 具体分析步骤 ....................................................................................................... 16 总结与展望 ......................................................................................................................... 26 参考文献 ............................................................................................................................. 26 致谢 .. (27)第 1 章绪论1.1 驱动桥概述驱动桥和其他汽车总成一样,除了广泛采用新技术外,在结构设计中日益朝着“ 零件标准化、部件通用化、产品系列化” 的方向发展及生产组织专业化目标前进。
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・４２・重型机械２０１０Ｎｏ．２基于ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ的大盘卷步进梁有限元分析张小建，刘迎（上海西重所重型机械成套有限公司，上海２０１９００）摘要：根据有限元理论，利用有限元软件ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ建立了大盘卷步进梁有限元模型。
根据大盘卷步进梁的特点施加约束、载荷以及定义接触，进行了有限元模拟仿真，获取大盘卷步进梁在受到外载荷作用后的受力情况，得出其应力应变分布图。
并对得到的结果进行对比分析，对步进梁结构的优化设计提出了改进意见。
关键词：大盘卷步进梁；有限元分析；ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ中图分类号：ＴＧ３３３．６”文献标识码：Ａ文章编号：１００１—１９６Ｘ（２０１０）０２—００４２—０３Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌａｒｇｅ－ｖｏｌｕｍｅｗａｌｋｉｎｇｂｅａｍｂａｓｅｄｏｎＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓＺＨＡＮＧＸｉａｏ－ｊｉａｎ，ＬＩＵＹｉｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＸＺＳＨｅａｖｅｙＭａｃｈｉｎｅｒｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｓｈａｉ２０１９００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｄｅｍｅｎｔｔｈｅｏｒｙ．ａｆｉｎｉｔｅｄｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｌａｒｇｅ－ｖｏｌｕｍｅｗａｌｋｉｎｇｂｅａｍｈａｓｂｅｅｎｅａａｂ－ｌｉｓｈｅｄ岫ｉｒｌｇｔｈｅｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｆｉｎｉｔｅｄｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ，ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ，ａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｅｘｅｒｔｉｎｇｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，ｌｏａｄｓａｎｄｄｅｆｉｎｉｎｇｃｏｎｔａｃｔａｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｌａ弹・ｖｏｌ－ｕＩｍｗａｌｋｉｎｇｂｅａｍ．Ｔｈｅｓｈ啪ｏｎｔｈｅｗａｌｋｉｎｇｂｅａｍｕｎｄｅｒｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｌｏａｄａ８ｗｅｌｌａ８ｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕ－ｔｉｏｎｍａｐｈａｓｂｅｅｎｏｂｔａｉｎｅｄ．ａｎｄｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅ‰ａｎａｌｙｚｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ．Ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｕｇｇｅｓ－ｆｉｏｎｓｈａｖｅｂｅｅｎｐ１叫）０ｓｅｄｆｏｒｔｈｅｏｐｆｉｎｆｉｚａｆｉｏｎａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒｕｅｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｗａｌｋｉｎｇｂｅａｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｇｅｖｏｌｕｍｅｗａｌｋｉｎｇｂｅａｍ；ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ；Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ１引言大盘卷步进梁是将加热后的线材盘卷从出卷部位经保温冷却运输到翻卷小车的重要设备。
大盘卷步进梁一旦出现问题，直接影响条钢生产线生产。
因此如何提高大盘卷步进梁的工作稳定性，延长大盘卷步进梁的使用寿命成为大盘卷步进梁设计的重要问题。
某钢厂线材分厂大盘卷步进梁机械设备从２００３年投入使用至今，始终存在一些问题，随着生产规格的增加和产量上升，大盘卷步进梁机械设备存在的问题已相当严重，盘卷步进梁出现变形，甚至出现焊缝开裂旧Ｊ，把合螺栓断掉，收稿日期：２００９—１ｌ一１２；修订日期：２０１０一０１一０８作者简介：张小建（１９６４一），男，上海西重所重型机械成套有限公司高级工程师。
设备强度不够，安全隐患严重，严重影响现场的生产效率。
针对盘卷步进梁现存的主要问题，盘卷步进梁设备必须进行更新改造。
２有限元分析２．１大盘卷步进梁几何模型的建立大盘卷步进梁设备主要由两部分组成，一是升降梁，二是平移梁。
当升降梁处于下位，平移梁处于后位（即出卷部位的出料中心线上）。
大盘卷步进梁向出卷部位运行接取盘卷线材，当平移梁的前端移到出卷部位下面时停车，升降粱开始升到上位托起盘卷线材，平移梁反向运行，将盘卷线材往后移送一个工位，升降梁降到下位，然后进入下一个工作循环，将盘卷线材一步一步移送到翻卷小车的接料部位出料。
通过以上对大盘卷步进梁出料工艺过程的分析并结合使用的实际情况，当升降梁上升托起盘卷线材时，升降梁万方数据２０１０Ｎｏ．２重型机械・４３・受力最大，遭破坏的可能性最严重，出料挠度最大，因此本文针对升降梁的主体进行建模。
所建升降梁的几何简化模型如图１所示，其选用的材料为Ｑ２５５一Ａ碳钢，其主要性能参数见表１。
图１大盘卷步进梁升降梁三维几何模型表１Ｑ２５５一Ａ碳钢主要性能参数表屈服强度／Ｎ／ｍ２抗拉强度／Ｎ／ｍ２切变模量／Ｎ／ｍ２泊松比ｐ弹性模量／Ｎ／ｍ２密度ｋｖ＇ｍ３２．５５×１０８５．１２×１０８８．１×１０’ｏ０．２８２．１×１０ｎ７．８５×１０３２．２边界条件、载荷及约束在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中进入ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ模块，建立一个静态研究的算例，设置研究解算器为ＦＦＥ。
在实体材料窗口定义材料为碳钢，输入表ｌ中的数据。
将其模型设置为全局接触即相触面为接合（无间隙）兼容网格，两个油缸推力的受力点位置添加固定约束，将其固定；在模型的上表面添加重力加速度，考虑到满载的情况，给模型添加相当于盘卷线材重量的压力９０００００Ｎ均布在升降梁的上表面；因为升降梁升降轨道是个斜面，所以在模型上添加一个沿斜面的滑动约束；在每个滚轮处添加相当于升降油缸推力分力的支反力。
２．３网格划分实体建模的最终目的是划分网格以生成节点和单元，网格划分越小。
本文对接触部位实施网格细化处理。
采用六面体单元，在模型复杂部位适当采用楔形单元，以增加过渡的连续性和协调性，大盘卷步进梁升降梁有限元网格化模型如图２所示。
图２大盘卷步进梁升降梁有限元网格化模型２．４结果和分析使用ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ对建立的大盘卷步进梁模型，分多种工况进行分析。
分析情况分为一个油缸驱动步进梁，两个油缸驱动步进梁，三个油缸驱动步进梁；在这三种工况下又分升降梁原有结构和在原有结构上加固优化结构两种形式；从前端开始设置了ｌ一１２个油缸推力点，并选择不同的组合在ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ中进行分析，得到每一种工况下的应力、应变、位移并将其列入表中。
使用一个油缸驱动的数据见表２，使用两个油缸驱动的数据见表３，使用三个油缸驱动的数据见表４。
表２使用一个油缸驱动受点力应力／Ｎ／ｍ２位移／ｍｍ应变１２．０５８Ｅ＋０８１１．６７２２８．１５６Ｅ一０４２１．９１１Ｅ＋０８１０．２４４３７．７７７Ｅ一０４优３１．９３４Ｅ＋０８９．５９６５９７．５７７Ｅ一０４化４１．７７８Ｅ＋０８８．９７７７５７．０６８Ｅ一０４前数５１．９５９Ｅ＋０８８．３８９４６７．５６９Ｅ一０４据６１．７７７Ｅ＋０８７．８０９６３７．２１４Ｅ一０４７１．９３４Ｅ＋０８７．２５８２２７．６９４Ｅ一０４８１．７３９Ｅ＋０８６．７１４９４７．０７５Ｅ一０４１１．６８４Ｅ＋０８８．６４０８２６．４４０Ｅ一０４２１．６６８Ｅ＋０８７．７５３９９６．０４ｌＥ一０４优３１．６２９Ｅ＋０８７．４１１７８６．０９８Ｅ一０４化４１．６６２Ｅ＋０８７．０８７４４５．６９７Ｅ一０４后数５１．６４８Ｅ＋０８６．７７３８１６．００２Ｅ一０４据６１．７３９Ｅ＋０８６．４８０５ｌ６．１３ｌＥ一０４７１．８３８Ｅ＋０８６．１５７９５５．８０２Ｅ一０４８１．８４ｌＥ＋０８５．６５７３４５．９７３Ｅ一０４表３使用两个油缸驱动受力点应力／Ｎ／ｍ２位移／ｍｍ应变１、２１．６９４Ｅ＋０８１０．４５ｌ１５．３９２Ｅ一０４优２、４４．３４９Ｅ＋０８９．１５３６２７．０２９Ｅ一０４化前２、５１．４９８Ｅ＋０８８．８１７１３５．７２８Ｅ一０４数据２、６１．５０６Ｅ＋０８８．４８６７５．８５８Ｅ一０４３、６１．４３８Ｅ＋０８８．１８１０４５．５＿９０Ｅ一０４ｌ、２１．１３９Ｅ＋０８７．７８２８４３．７７３Ｅ一０４优２、４１．３６８Ｅ＋０８７．０４１３１３．９１２Ｅ一０４化后２、５１．２０４Ｅ＋０８６．８６２６３４．０３８Ｅ一０４数６．６８６７４４．０３７Ｅ一０４据２、６１．４１４Ｅ＋０８３、６１．３５３Ｅ＋０８６．５２６３．８４０Ｅ一０４万方数据・４４・重型机械２０１０Ｎｏ．２表４使用三个油缸驱动受力点应力／Ｎ／ｍ２位移／ｒａｍ应变优２、５、８１．２８６Ｅ＋０８８．２１４５８４．９４１Ｅ．．０４化２、５、１２１．２０５Ｅ＋０８７．２９２０１４．６６４Ｅ一０４前数２、６、１ｌ１．１９２Ｅ＋０８７．２９２８７４．５７７Ｅ一０４据２、７、１２１．１１１Ｅ＋０８６．８３１４３４．２９２Ｅ一０４优２、５、８１．０４１Ｅ＋０８６．６３２７７３．４５２Ｅ一０４化２、５、１２９．４８７Ｅ＋０７６．０３２５１３．４７５Ｅ一０４后数２、６、１１９．５８８Ｅ＋０ｒ７６．０８８２３．３５７Ｅ一０４据２、７、１２８．７７８Ｅ＋０７５．７７０６１３．２１７Ｅ一０４通过对大盘卷步进梁中的升降梁使用一个油缸、两个油缸以及三个油缸三种工况十二种方式建立三维模型进行受力分析，并对表２、表３、表４中的应力、位移、应变的多种工况数据进行对比，得出结论是使用三油缸驱动受力工况比使用两油缸驱动工况好，使用两油缸驱动的受力工况比一个油缸驱动的受力工况好，所以推荐使用三个油缸驱动。
原有升降梁结构单薄，局部结构设计不合理，受力点位置没有选在最佳受力点上。
从应力、位移、应变的云图上可以清楚的得出受力变形最大的位置在油缸驱动前后相关推力支撑位置。
生产中这些位置经常出现变形、断裂、扭曲、损坏等不良现象。
２．５改造方案及改造后应力、应变、位移云图通过以上分析得出如下改造方案，使用三个油缸，将受力点布置在第２、７、１２梁的位置，对步进梁破坏严重的几段进行更换并加固，使步进梁的工作工况达到较为理想的状态。
优化结构并加固后，其应力云图、位移云图和应变云图如图３、４、５所示。
图３大盘卷步进梁升降梁应力云图图４大盘卷步进梁升降梁位移云图图５大盘卷步进梁升降梁应变云图３结论采用有限元软件ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ对大盘卷步进梁进行有限元分析，得出其各个位置的应力、位移和应变云图，并根据有限元分析结果对大盘卷步进梁结构进行优化并提出了改进建议。
大盘卷步进梁工作时，工作环境温度很高，而温度也是影响大盘卷步进梁寿命的主要因素，因此后续研究应考虑温度影响。
参考文献：［Ｉ］徐燕申，张学玲．基于有限元分析的机械结构静、动态性能优化设计［Ｊ］．精密制造与自动化。
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