龐春

摘 要 Pro/E在目前三維造型軟件領(lǐng)域內(nèi)有著重要地位，是現(xiàn)今主流的模具和產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件之一，是純參數(shù)化系統(tǒng)的代表。我們都知道Pro/E擁有參數(shù)化、強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和完全集成了從概念設(shè)計(jì)到制造的所用工作的應(yīng)用程序，并能生成相關(guān)的模具設(shè)計(jì)和制造的工作，實(shí)際上Pro/E還集成了完整的虛擬仿真的功能，集成了熱仿真和結(jié)構(gòu)仿真功能。本文將利用Pro/E進(jìn)行建模并使用其結(jié)構(gòu)仿真功能進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)對(duì)某型測(cè)試系統(tǒng)操控臺(tái)底板設(shè)置加強(qiáng)筋提高底板結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞 Pro/E;平板剛度;框架模型;仿真計(jì)算

1結(jié)構(gòu)模型和邊界條件

因?yàn)榇颂幹挥懻摰装寮訌?qiáng)筋對(duì)底板的結(jié)構(gòu)剛度的影響，為了便于模擬分析和計(jì)算，對(duì)操控臺(tái)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，只建立操控臺(tái)框架模型，使用Pro/E建立三維模型[1]。底板為Q235鋼板四周折彎，拼縫焊接，底板上焊接八根儀器安裝立柱，立柱再與臺(tái)面板焊接連接，底板四角安裝工業(yè)萬(wàn)向滾輪，此處對(duì)底腳滾輪進(jìn)行簡(jiǎn)化，將滾輪簡(jiǎn)化成一個(gè)大剛性的結(jié)構(gòu)特征，滾輪與地面接觸處簡(jiǎn)化成一點(diǎn)，整個(gè)框架材料為鋼板，鋼板厚度1.5mm，在八只安裝立柱上安裝設(shè)備，設(shè)備重量為200KG。

2對(duì)框架模型進(jìn)行仿真計(jì)算

如上建立好框架模型后，為了校核底板的變形情況即最大撓度量和分析比較加強(qiáng)筋對(duì)底板剛度的影響，分別就底板無(wú)加強(qiáng)筋和加強(qiáng)筋設(shè)置在不同位置的情況進(jìn)行仿真計(jì)算，首先對(duì)無(wú)加強(qiáng)筋的情況使用Pro/E的Mechanice功能進(jìn)行仿真計(jì)算，在底板四角位置施加約束，即將約束分別施加在底腳滾輪簡(jiǎn)化的四個(gè)點(diǎn)上，此處應(yīng)特別注意，因?yàn)榈装逅慕俏恢檬茄b有萬(wàn)向滾輪，在設(shè)置約束時(shí)，四個(gè)約束點(diǎn)X、Y方向的自由度應(yīng)為自由，Z向自由度為固定，四個(gè)約束點(diǎn)X、Y、Z軸的自由度為自由，在八只安裝立柱上施加載荷245N，并設(shè)置材料屬性，打開(kāi)Analyses and Design Studies對(duì)話(huà)框，新建靜態(tài)分析項(xiàng)目，然后進(jìn)行求解，運(yùn)算完成后使用結(jié)果查看器查看圖形化的變形矢量圖，如圖1所示，從圖中可以看到底板中心最大撓度是3.4mm，撓度較大[2]。

3對(duì)原框架進(jìn)行改進(jìn)重新仿真計(jì)算

由于框架底板中心最大撓度較大的情況，此時(shí)在底板上設(shè)置加強(qiáng)筋，以提高底板面的強(qiáng)度和剛度，設(shè)計(jì)U字形加強(qiáng)筋與底板焊接，加強(qiáng)筋平行于X軸位于底板中心，U字形加強(qiáng)筋尺寸是：長(zhǎng)×寬×高（mm）1800×80×40，板厚2mm，材料為Q235鋼板，如圖7所示，然后如前述步驟進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖2所示，底板最大變形處的撓度為2.84mm，撓度小于3mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。為了比較加強(qiáng)筋位置設(shè)置對(duì)底板強(qiáng)度和剛度的影響，讓U字形加強(qiáng)筋與Y軸平行并位于底板中心，U字形加強(qiáng)筋尺寸是：長(zhǎng)×寬×高（mm）560X80X40，材料規(guī)格如前，保持不變，然后如前步驟進(jìn)行仿真計(jì)算，底板最大變形處的撓度為2.99mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)束語(yǔ)

使用Pro/E的Mechanice功能進(jìn)行仿真計(jì)算，可以很方便直觀地對(duì)結(jié)構(gòu)框架的變形情況進(jìn)行觀察，很方便機(jī)械工程師對(duì)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)進(jìn)行校核。通過(guò)以上的分析結(jié)果，我們能夠看到對(duì)本例中類(lèi)似結(jié)構(gòu)框架的底板進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加強(qiáng)時(shí)，可以在底板上設(shè)置加強(qiáng)筋，而且可以知道在設(shè)置加強(qiáng)筋時(shí)，使用后一種加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)更加有效，在使用了前一種加強(qiáng)筋的1/3材料的情況下大大改善了底板的撓度值，這就給了我們以后進(jìn)行此類(lèi)大平板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅正斌，梁合意.Pro/Engineer4.0機(jī)械設(shè)計(jì)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：51.

[2] 陸鳳儀，鐘守炎.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：12.