曹偉光 夏軼群 魯國慶(上海應用技術大學 經濟與管理學院,上海 201418)
可折疊便攜式牙刷的有限元分析及生產管理研究
曹偉光 夏軼群 魯國慶(上海應用技術大學 經濟與管理學院,上海 201418)
本文結合設計一款可折疊便攜式牙刷并對其進行有限元分析,得出結果最大應力及最大位移均符合設計要求,同時研究牙刷在企業(yè)生產中的管理方法。最后是對便攜式牙刷的研究與生產管理未來的展望。
折疊;便攜式;牙刷;有限元;管理
根據(jù)現(xiàn)有技術中的牙刷分析得出,沒有防污功能,而且設計不符合一定的人機工程,本文通過人機工程的理念,主要對牙刷進行進一步設計研究,并通過ANSYS WORKBENCH有限元分析軟件的分析可對生產前進行相應分析評估,為后續(xù)生產工作減少損失,降低成本的效果。
通過CATIA V5三維建模軟件對可折疊便攜式牙刷模型進行簡單設計,并進行調整以及對其生產管理的分析研究。
1.1 模型建立
利用三維建模軟件對牙刷進行設計,并通過相應的輔助調整對現(xiàn)有技術進行改進設計,從而設計一款具有折疊功能的更具便攜性的牙刷,為用戶帶來便利性[1]??烧郫B便攜式牙刷分由牙刷部分和刷頭防護罩部分組成,后續(xù)為了得到分析結果只針對牙刷部分的柄部進行有限元分析。
1.2 企業(yè)生產管理研究
通過已經設計好的牙刷模型,生產中應針對牙刷的材料選取進一步分析,假設采用材質較硬的塑料,同時防護罩的材料應是防水功能,便于清洗。
可折疊便攜式牙刷的生產管理中應注意以下內容:
企業(yè)應該建立內部安全小組,堅持記錄每天的安全狀況,統(tǒng)計數(shù)據(jù),對企業(yè)安全情況進行評估,反饋給高層后,提出整改意見,然后再繼續(xù)進行。此方法是一旦規(guī)定下達,必須堅持。企業(yè)應建立有針對性的規(guī)章制度,加以規(guī)范員工的不良習慣。制度建立,立即落實執(zhí)行。
由于WORKBENCH是有限元分析常用分析工具,本文利用WORKBENCH 14.5版本的有限元分析軟件,此CAE分析軟件是由ANSYS公司開發(fā)。WORKBENCH里具有建模功能Design Modeler、分析功能Design Simulation等,還提供了不同環(huán)境之間相互切換操作的方法,同時也能夠很便利的切換為ANSYS的經典版進行操作[2],故使用此方法進行相應的有限元分析研究。
分析軟件不僅能夠與CATIA、UG等三維軟件無縫連接,同時還可以通過轉換格式,如IGS、IGES等,將其與NX等CAE軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互換功能,是一款相當便攜且多功能的有限元分析軟件。本文設計的輔助設備均是在CATIA的三維軟件中建立三維模型,并導入到有限元軟件中進行有限元分析[3]。
2.1 有限元模型的建立及定義材料屬性
首先選擇結構靜力學仿真分析,然后通過CATIA三維軟件將三維模型轉換格式,轉成IGS格式后導入至有限元軟件中。為了確保分析結果的準確性以及節(jié)省計算時間提高工作效率,故對可折疊便攜式牙刷進行相應簡化處理,省去可刷頭部位等。
結構靜力學仿真分析包括以下幾個步驟:
(1)3D模型的建立并導入分析軟件;
(2)定義材料的屬性;
(3)劃分網格;
(4)定義邊界的條件及載荷的施加
(5)后處理及結果的分析
可折疊便攜式牙刷柄部選用Q235B,彈性模量210GPa,泊松比0.27,因為結構鋼的硬度較大,在工業(yè)設備中作為優(yōu)先選擇對象。同時利用有限元軟件中的“boned”接觸的單元類型,并給予丙部一端向上的力F=1000N,從而來模擬仿真有限元模型的所有接觸面。
為了簡化模型,主要分析牙刷柄[4-5],網格劃分的方法采用自動網格劃分,單元數(shù)為2276,節(jié)點數(shù)為4812。
2.2 有限元分析及結果
從有限元分析可得出,中間的連接點最大應力為1325MPa,符合設計要求,底端的最大形變?yōu)?.107mm,可通過加厚尾部的厚度達到減少位移的效果。
本文通過有限元分析對已授權的專利,可折疊便攜式牙刷進行有限元分析,同時對可折疊便攜式牙刷在企業(yè)生產管理中的研究,分析結果符合設計要求。主要得出以下結論:
從有限元分析可看出,中間的連接點最大應力為1325MPa,符合材料的設計要求,底端的最大位移為0.107mm,可通過加厚尾部的厚度達到減少位移,得出進一步優(yōu)化設計的效果。
本課題雖然對已授權的專利進行相應的有限元分析研究,但是由于本人的學術能力和時間的限制,本文還有一些不足,提出以下建議:
本文僅針對已設計的可折疊便攜式牙刷的柄部進行有限元分析,而未對整個部分進行分析,結果與現(xiàn)實會有一定差距。在以后的研究中,應對其他部件進行詳細分析并給出較全的分析數(shù)據(jù),提高整體環(huán)節(jié)研究分析的完整性。
[1]李志鵬,夏軼群,曹偉光.可折疊便攜式牙刷[P].中國專利:CN105029888B,2016-09-14.
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曹偉光,上海應用技術大學,安徽宿州,碩士研究生,化學工程專業(yè),無損檢測工程師。