應(yīng)用SolidWorks和ANSYS的零件有限元分析對比

1、第32卷增刊2007年6月廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)JournalofGuangxiUniversity(NatSciEd)Vol.32,Sup.June,2007文章編號:100127445(2007)增20004204應(yīng)用SolidWorks和ANSYS的零件有限元分析對比常虹1,時(shí)杉杉1,寧國河2(1.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,廣西南寧530004;2.,100097)摘要:利用有限元分析技術(shù),rks作為三維CAD軟件的代表,提供了相應(yīng)的CAE功能,本文就So與,并對結(jié)果進(jìn)行專門探討.關(guān)鍵詞:SolidWorks;中圖分類號:THA.它不僅有強(qiáng)大的三位特征建模和二維工程圖SolidWorks

2、是目前主流的三維機(jī)械CAD軟件之一的生成等基本功能,而且還擁有豐富的第三方面支持軟件,可以實(shí)現(xiàn)加工、分析、仿真、逆向工程等工程應(yīng)用.由于其優(yōu)越性能價(jià)格比,是中小企業(yè)首選的機(jī)械設(shè)計(jì)平臺1.流體、電場、磁場、聲場分ANSYS是美國ANSYS公司開發(fā)的大型通用有限元分析軟件,是融結(jié)構(gòu)、析于一體,以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用CAE軟件,軟件主要包括了3部分,前處理模塊、分析計(jì)算模塊、后處理模塊,并且開發(fā)了與cad軟件(如Pro󰃗.E,UG等)的數(shù)據(jù)接口本文專門就SolidWorks與ANSYS在工程分析方面的應(yīng)用進(jìn)行對比.1實(shí)例分析如圖1所示,是一個(gè)托架支座模型示意圖,單位均為m.支座

3、由一個(gè)水平頂板、兩個(gè)加強(qiáng)板和一個(gè)固定板組成,固定板上有4個(gè)固定孔,水平頂板沉孔環(huán)行臺階面承受4000Pa的均布壓力,計(jì)算該壓力作用下整個(gè)結(jié)構(gòu)上的總位移和等效應(yīng)力.已知支座的材料屬性為:彈性模量為2.1×1011Pa;泊松比為0.28;材料密度為7.83×10-6kg󰃗mm.零件尺寸為:水平頂板長0.6m,寬0.4m,厚0.04m;固定板長0.4m,寬0.3m,厚0.02m;加強(qiáng)板厚0.02m.固定板上4個(gè)固定孔直徑為50.02m,水平頂板沉孔環(huán)形臺直徑分圖1支座模型圖別為50.1m,50.2m.1.1利用SolidWorks建模分析(1)啟動SolidWor

4、ks進(jìn)入環(huán)境,運(yùn)用特征命令進(jìn)行建模.角支架模型及尺寸見圖1.(2)啟動COSMOSXpress.選擇“工具”COSMOSXpress分析向?qū)?.彈出COSMOSXpress對話框.收稿日期:2007-04-21;修訂日期:2007-05-27作者簡介:常虹(1981-),女,遼寧遼陽人,廣西大學(xué)碩士研究生.© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊常虹:應(yīng)用SolidWorks和ANSYS的零件有限元分析對比5選擇“選項(xiàng)”“單位體系”設(shè)置成SI(國際單位

5、),設(shè)置材料.在材料標(biāo)簽下,選擇“鋼”“普通碳鋼”“應(yīng)用”.設(shè)置約束:在約束標(biāo)簽下,“設(shè)置約束名稱”“選擇約束面”,在圖形區(qū)域選擇4個(gè)50102的孔面.設(shè)置載荷:在載荷標(biāo)簽下,“壓力”“設(shè)置載荷名稱”“選擇引用載荷的面”,在圖形區(qū)域選擇水平頂板沉孔環(huán)行臺階面,指定面力為4000Pa.運(yùn)行分析:在分析標(biāo)簽下,選擇“運(yùn)行”開始零件分析.(3)查看結(jié)果.通過結(jié)果標(biāo)簽顯示零件分析結(jié)果.托架支座模型的應(yīng)力、應(yīng)變分布圖為圖2,圖3.圖2應(yīng)力分布云圖圖3位移分布云圖1.2利用ANSYS建模分析(1)建立模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分3.(2)定義單元類型.選擇MainMenu Preprocessor ElementT

6、ype Add Eidt Delete命令,彈出ElementType對話框,單擊Add按鈕,選擇所需單元類型,再此選擇Solid20node95.定義材料屬性.選擇MainMenu Preprocessor MaterialProps MaterialModels命令,在彈出的彈性模量、泊松比.DelineMaterial ModelBehaviot對話框中,定義其密度、(3)生成網(wǎng)格.選擇MainMenuPreprocessor Meshing MeshTool命令,彈出Mesh對話框,選擇智能網(wǎng)格劃分器(SmartSizing)得有限元網(wǎng)格模型(見圖4).(4)添加約束和載荷添加約束:選

7、擇MainMenu Solution DefineLoads Apply Structural Displacement命令,選取4個(gè)50.02孔面,添加面約束ALLDOF.施加載荷:選擇MainMenu Solution DefineLoads ApplyStructural Pressure OnAreas命令,選取水平板臺階孔的環(huán)面施加載荷.選擇求解器:選擇MainMenu Solution AanlysisType SolnControl命令,選擇適合的求解器.圖4角支架的網(wǎng)格模型(5)求解和后處理(查看結(jié)果)選擇MainMenu Solution Solve CurrentLS命令,

8、彈出信息檢查窗口和求解確認(rèn)窗口,確認(rèn)無誤,即可關(guān)閉.單擊OK開始分析計(jì)算,求解后關(guān)閉并保存結(jié)果.選擇MainMenu GeneralPostproc PlotResult Contour NodalSolu命令,在彈出對話框中,選擇.Stress VonMisesSEQV項(xiàng),顯示節(jié)點(diǎn)上的VonMises應(yīng)力值(見圖5).也可選擇別的方法顯示結(jié)果選擇NodalSolution DOFsolution Displaymentvectorsum項(xiàng),顯示總位移等值圖(見圖6).© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing H

9、ouse. All rights reserved. 6廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第32卷圖56總位移等值圖2結(jié)果對比用SolidWorks,共得到節(jié)點(diǎn)14304個(gè),單元7724個(gè),網(wǎng)格類型:實(shí)體網(wǎng)格.用ANSYS劃分網(wǎng)格共得到節(jié)點(diǎn)9879個(gè),單元5173個(gè).最大與最小應(yīng)力,最大與最小位移見表1.表1計(jì)算結(jié)果分析表SolidWorksANSYS400053818056.8986均布載荷 Pa最大應(yīng)力 Pa最小應(yīng)力 Pa最大位移 m最小位移 m4000836110353.1431.96465×10-02.5080×10-06對單個(gè)零件而言,比較兩種分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)兩者應(yīng)力分布基

10、本相同,最大變形位置基本相同,僅在應(yīng)力變形數(shù)值上面有偏差.最大應(yīng)力相差近0.3MPa,最小應(yīng)力相差近300Pa.SolidWorks對應(yīng)力應(yīng)變分析精確度不如ANSYS高,但對企業(yè)中結(jié)構(gòu)簡單、受力單一的零件比較適用.3結(jié)論(1)COSMOSXpress設(shè)計(jì)分析結(jié)果基于線性靜態(tài)分析,且材料設(shè)想為同象性4.COSMOSXpress僅僅為用戶提供了一個(gè)簡易的初步分析工具,它僅支持對固態(tài)單實(shí)體零件的分析,它不支持對裝配體、表面模型或多實(shí)體零件的分析.此外COSMOSXpress約束形式單一,僅僅限于面約束,而載荷的形式過少,對于非均布載荷以及作用于點(diǎn)或線的載荷均無法進(jìn)行應(yīng)力分析.(2)ANSYS采用非適

11、應(yīng)性H2method技術(shù),劃分的有限元網(wǎng)格單元較小,數(shù)目較多,它的計(jì)算模塊可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析等.對于復(fù)雜零件可利用SolidWorks強(qiáng)大的實(shí)體造型和曲面造型功能建模,再將模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行有限元分析,利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析,從而使其結(jié)構(gòu)更加合理.或者可利用COSMOSWorks對零件進(jìn)行更高級的分析.(3)SolidWorks和ANSYS還可對零件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化,從而減輕重量,節(jié)約材料,提高其經(jīng)濟(jì)性.參考文獻(xiàn):1胡仁喜,郭軍,王仁廣,等.SolidWorks2005中文版機(jī)械設(shè)計(jì)高級應(yīng)用實(shí)例M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.2陽平華,袁濤,王

12、淵峰,等.SolidWorks2006中文版機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)尚百例M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.3龔曙光.ANSYS工程應(yīng)用實(shí)例解析M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.4黃陽,羅湘燕.基于SolidWorks的機(jī)械零件的CAE技術(shù)研究J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2006,19(5):1012102.© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊常虹:應(yīng)用SolidWorks和ANSYS的零件有限元分析對比7FEAcomparisonbetweenSolidWor

13、ksandANSYSofmachineryparts112CHANGHong,SHIShan2shan,NINGGuo2he(1.CollegeofMechanicalEngineering,GuangxiUniversity,Nanning530004,China2.BeijingWisdomScienceandTechnologyDevelopsLtd.,Beijing100097,China)Abstract:FEAisabsolutelynecessaryforgetingthefullstrainofmach.SolidWordsas3DCADrepresentative,alsow

14、asprovidedwithCAE.SolidWorksandANSYSshowsthedifferentanalysesandefficientKeywords:SolidWorks;AN;(責(zé)任編輯劉海濤)(上接第3頁)參考文獻(xiàn):1EskilsonP.ThermalanalysisofheatextractionboreholesD.Sweden:UniversityofLund,1987.2CarslawHS,JaegerJC.ConductionofheatinsolidsM.2ndEd.Oxford:OxfordUniversityPress,1959.3ChiassonAD,Ree

15、sSJ,SpitlerJD.Apreliminaryassessmentoftheeffectsofgroundwaterflowonclosed2loopground2sourceheatpumpsystemsJ,ASHRAETransactions,2000,106(1):3802393.4趙軍.豎直埋管型地源熱泵地下傳熱及熱力性能的研究D,天津:天津大學(xué),2002.5王欣.地源熱泵地下垂直式埋管換熱器換熱研究D,浙江:浙江大學(xué),2004.6刁乃仁,方肇洪.地埋管地源熱泵技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2006.7范蕊,馬最良.熱滲耦合作用下的地下埋管換熱器傳熱分析J.暖通空調(diào),2006,3

16、6(2).8范蕊,馬最良.地埋管換熱器傳熱模型的回顧與改進(jìn)J.暖通空調(diào),2006,36(4).Theresearchprogressofheattransfermodeloftheheatexchangerforground-sourceheatpumpQIUJun,LILi2ye,ZHUXiao2hui(CollegeofMechanicalEngineering,GuangxiUniversity,Nanning530004,China)Abstract:Manydomesticandforeignheattransfermodelsoftheheatexchangersforground2sourceheatpumpwereanalyzed,andsomequestionsstillexistingatpresentwerepointedout.Amoreperfectheattransfermodelwhichconsideredthegroundwatermovementinfluencewasproposedtobeestablished.Itsveryimportanttotheground2sourceheatpumptechnologyseffect