肖猛軍

國營長風(fēng)機(jī)器廠

UG NX10.0強(qiáng)度分析應(yīng)用實(shí)例

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本文介紹了UG NX10.0強(qiáng)度分析的應(yīng)用實(shí)例。利用UG NX10.0，分析了一種可折疊支架在受重力載荷下主要的應(yīng)變與應(yīng)力分布。仿真實(shí)例在UG NX10.0設(shè)計(jì)仿真使用中有一定的借鑒意義。

模型簡化；仿真；剛強(qiáng)度

引言

現(xiàn)在市場競爭激烈，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期短，幾乎沒有試制驗(yàn)證階段，所以仿真已成為目前設(shè)計(jì)工作中必需進(jìn)行的一項(xiàng)課題。在設(shè)計(jì)初期通過仿真發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，對產(chǎn)品進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，會大大縮短產(chǎn)品的上市周期，節(jié)約生產(chǎn)成本。

隨著UG NX等三維建模軟件的廣泛使用，其內(nèi)置仿真分析模塊使用方便，用戶可以用一種軟件完成建模和仿真分析，給設(shè)計(jì)工作帶來諸多便利。本文以UG NX10.0為計(jì)算仿真工具，使用其內(nèi)部集成的nastran，對一種折疊支架在受重力載荷下主要的應(yīng)變與應(yīng)力分布進(jìn)行了設(shè)計(jì)仿真計(jì)算。簡單介紹了UG NX10.0在力學(xué)仿真中的一般使用方法和經(jīng)驗(yàn)。

1.UG NX10.0的模型形式

UG NX10.0的模型有4種形式，根據(jù)功能的不同，用不同后綴定義模型，關(guān)系如下：

其中后綴.prt是實(shí)體的主模型，真實(shí)反映實(shí)體模型特征；后綴. iprt是仿真簡化模型，它以.prt模型為基礎(chǔ)，簡化模型特征，建立流體域等，簡化模型不改變主模型，簡單的實(shí)體模型可以不建立仿真模型；后綴.fem是劃分網(wǎng)格模型，在仿真時(shí)進(jìn)行網(wǎng)格劃分并定義材料；后綴.sim是解算模型，用來定義邊界、載荷、解算和進(jìn)行后處理，得到仿真結(jié)果。

2.折疊支架建模

根據(jù)用戶使用要求，折疊支架在運(yùn)輸時(shí)折疊，架設(shè)設(shè)備時(shí)展開，展開后占用空間1100mm×1100mm×900mm。要求輕便，穩(wěn)固，可承載1600公斤重量。設(shè)計(jì)中支腳采用Φ32，壁厚3 mm鋼管、拉桿采用Φ20，壁厚3 mm鋼管；連接件采用鋼材；安裝板采用鋁合金。應(yīng)用建模技術(shù)分別對支腳、拉桿、安裝板、連接件進(jìn)行三維實(shí)體建模。依據(jù)安裝順序依次進(jìn)行組裝和約束設(shè)置，最終完成折疊支架.prt的三維立體建模，如圖1所示。

圖1　

3.仿真分析

3.1模型簡化

在進(jìn)行仿真分析前需要對模型進(jìn)行簡化處理.以簡化網(wǎng)格劃分，節(jié)約計(jì)算資源，提高解算的成功率。本案例主要進(jìn)行了以下幾種簡化：

去除非受力部位的小孔，螺紋，倒角等。

焊接部位的焊縫強(qiáng)度遠(yuǎn)大于所受作用力，在整件裝配體中簡化為粘接形式，以節(jié)約計(jì)算時(shí)間。焊縫強(qiáng)度也可另外進(jìn)行部件級仿真分析，此處暫不論述。

將模型中的球副支腳簡化為整體支腳，簡化后不影響支架整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析。

3.2建立簡化模型

選擇名稱后綴為.prt的實(shí)體模型，建立仿真模型，選擇創(chuàng)建理想化部件選項(xiàng)，求解器選擇NX NASTRAN。在理想化部件（后綴為.iprt）里對實(shí)體模型按3.1所述進(jìn)行簡化處理，處理后如圖2所示：

圖2　

3.3劃分網(wǎng)格和分配材料

實(shí)體模型簡化處理后，將名稱后綴為.fem的模型設(shè)為工作部件。選取所有幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，本例網(wǎng)格參數(shù)勾選“每個(gè)個(gè)體自動選擇大小”選項(xiàng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其它選項(xiàng)默認(rèn)。網(wǎng)格劃分結(jié)束后通過3D收集器為各零件分配材料，此折疊支架中支腳、拉桿、連接件采用鋼材；安裝板采用鋁合金。

3.4添加邊界條件和載荷

將名稱后綴為.sim的模型設(shè)為工作部件。

3.4.1添加約束和載荷

折疊支架安裝板的Y方向載荷1600公斤，支腳放在支撐面，Y方向?yàn)橹畏较?，支架不會在Y方向運(yùn)動，所以支腳底面約束為Y方向固定，其它方向自由。

在折疊支架安裝板載荷面的Y方向添加1600公斤載荷。

3.5求解和后處理

在經(jīng)過模型簡化、網(wǎng)格劃分、材料分配、添加約束條件、添加負(fù)載載荷5個(gè)步驟后折疊支架如圖3所示，可以進(jìn)行仿真計(jì)算。

選取默認(rèn)的解算方案Solution 1（Solution 1可以更改名稱），在快捷菜單里先選擇編輯，檢查設(shè)置的解算器是否是NX NASTRAN（其它選用默認(rèn)就行），然后在快捷菜單里選擇求解，進(jìn)行仿真計(jì)算。

仿真計(jì)算完成后，查看仿真結(jié)果。右鍵雙擊Structural，進(jìn)入后處理，在后處理中選擇位移，應(yīng)力等選項(xiàng)進(jìn)行查看。得到仿真結(jié)果。

位移結(jié)果如圖4所示。

應(yīng)力結(jié)果如圖5所示。

圖3　

圖4　

4.折疊支架應(yīng)力和變形分析

圖5

圖4為折疊支架變形云圖，圖5折疊支架應(yīng)力云圖。根據(jù)圖4、圖5可以看出折疊支架在承受最大作用力時(shí)的最大變形量為0.777mm，最大應(yīng)力為129.9MPa。同時(shí)可以從應(yīng)力分布看出折疊支架的主要受力部位在支腳根部。設(shè)計(jì)中應(yīng)保證支腳根部有足夠的強(qiáng)度，可采用45#鋼制造，查45#鋼的屈服強(qiáng)度最小為355MPa，其安全系數(shù)為2.73倍，完全滿足使用要求。

5.結(jié)束語

通過對折疊支架結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度的NX NASTRAN軟件分析、計(jì)算仿真，得出了折疊支架主要受力件的靜力學(xué)性能，準(zhǔn)確真實(shí)地獲得了支架的應(yīng)力、應(yīng)變分布，發(fā)現(xiàn)了最大應(yīng)力位置，對后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料選用有一定的借鑒意義。

［1］劉帥主編.UG NX10.0產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程.機(jī)械工業(yè)出版社，2015.10

［2］章兆亮主編.UG NX10.0寶典.西南交通大學(xué)出版社，2016.1

［3］濮良貴編著.機(jī)械設(shè)計(jì).第五版.北京：高等教育出版社，1991.11