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有限元法在结构件强度分析中的应用

发布于:2016-02-27 21:45
强度分析

      传统的舰载电子设备结构设计包括设计、制造、试验及改进等过程,且关键件、重要件多是根据经验进行设计,很少进行强度分析力学计算。这种设计方法存在的问题有:1)设计时间过长,2)结构件整体强度设计过于保守,而局部区域强度又不足。近年来,随着CAD/CAM/CAE的推广,以有限元分析法为核心的通用结构分析App己逐渐被应用。这样,不仅可以缩短设计周期,提高效率,而且有利于优化零部件的结构、材料性能,提高设计的可靠性。本研究以定型模盖板的设计为例,应用IDEASApp的有限元分析模块建立了有限元模型,模拟盖板的受力情况,验证盖板的设计是否满足工作要求。给出了某定型模盖板的几何模型,长780mm,宽170mm,高35mm。
      盖板的变形是小变形、小应变问题,属于弹性力学研究的范畴,因此,可以用弹性空间问题有限元理论对其进行应力分析。有限元法分析计算的基本步骤可归纳如下:将弹性体离散成有限个微分体dz,任取一个来研究应力与应变的关系。弹性体在载荷的作用下,表bb体内任一点的应力状态可由6个应力分量,模型如图来表示。其中表示剪应力。微分体的力学所示。根据弹性力学,弹性体内任何一点处的应力、应在已建立的各个单元刚度方程的基础上,集成得到整体刚度方程,进行整体结构分析,集成遵循的原则是各相邻单元在共同节点处具有相同的位移。
      盖板与定型模、盖板与脚板分别通过螺钉连接,脚板固定在工作台滑道上。主要受力情况有:1)来自定型模的重力。盖板上装有三块定型模,总重量约为150kg,2)塑料熔体在成型过程中,与定型模内腔之间的摩擦导致定型模、盖板、脚板三者间的连接螺钉受到剪切力作用,根据力的传递,盖板上螺钉孔内壁受到压力作用。由于后者较小,不是影响分析结果的主要因素,因此,在建立有限元模型时,暂不考虑螺钉连接,认为零件是固定连接。工况如图所示。在对盖板进行有限元建模前,首先根据工况将对分析影响不大的特征,诸如:盖板与定型模、盖板与脚板之间的安装孔,小的倒角、倒圆抑制,因为这些特征的存在会使分析过程变得复杂。
      边界条件的处理盖板的材料选用合金钢2Cr13,其弹性模量E=210GPa,泊松比u=0.25。在材料属性命令下,输入上述数据,完成材料属性定义。定型模作用于盖板上的载荷,可简化为沿盖板长度方向与之接触的盖板表面三个区域的均匀载荷。每个区域为一段,每段240mm,三段间隔如图所示。约束加在盖板与脚板的接触面上。根据工况分析,将两者之间的连接看成固定连接,则对接触面施加全约束,限制盖板的6个自由度。盖板零件是一个实体,为了便于施加载荷和约束,根据工况事先用Partition命令将盖板区分成若干块。载荷和约束情况如图所示。有限元网格划分的好坏,直接影响计算结果的有效性和精度。
      划分网格的方法有很多,诸如自由网格、映射网格、区域网格划分等,每种方法各有利弊。考虑到盖板结构比较复杂,这里选用自由网格划分技术。盖板上所有节点和单元都是由计算机根据几何模型的特征自行计算的,所达到的精度满足要求,并且运算速度相对较快,不易出错。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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