Solidworks 2023三維設(shè)計(jì)及應(yīng)用教程 課件 第7章 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實(shí)例7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4耦合場(chǎng)分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元的建模策略目的要求目的：通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)例了解有限元分析相關(guān)術(shù)語(yǔ)，歸納總結(jié)通用分析步驟。重點(diǎn):有限元分析的三步曲。

難點(diǎn):有限元分析的特點(diǎn)及相關(guān)術(shù)語(yǔ)。7.1.1引例-單向拉伸分析問(wèn)題分析（1）畫(huà)模型（2）定類型（3）選材料（4）分網(wǎng)格（5）添約束（6）加載荷（7）求結(jié)果（8）顯動(dòng)畫(huà)（9）下結(jié)論（1）畫(huà)模型（2）定類型【solidworks插件】>SolidWorksSimulation【Simulation】>【新算例】>【靜應(yīng)力分析】>【確定】（3）選材料

右單擊【零件】>【應(yīng)用/編輯材料】>選【普通碳鋼】（4）分網(wǎng)格

右單擊【網(wǎng)格】>【生成網(wǎng)格】>【確定】接受默認(rèn)網(wǎng)格（5）添約束

右單擊【夾具】>【固定幾何體】>選圓柱底面，【確定】（6）加載荷

右單擊【外部載荷】>【力】>選頂面，5000N，【反向】>【確定】（7）求結(jié)果

單擊【運(yùn)行】（8）顯動(dòng)畫(huà)

右單擊【應(yīng)力】>【動(dòng)畫(huà)】（9）下結(jié)論計(jì)算精度分析-可信度最大應(yīng)力102.6MPaS=F/A=500/(3.14*4*4)=99.5MPa零件強(qiáng)度校核-可靠度小于屈服極限235MPa，不會(huì)屈服。演示視頻單向拉伸分析演示過(guò)程總結(jié)

由以上引例可歸納出通用有限元軟件分析三步曲為:前處理：畫(huà)模型，定類型，設(shè)屬性，分網(wǎng)格。求解：添約束，加載荷，查錯(cuò)誤，求結(jié)果。后處理：列結(jié)果，繪圖形，顯動(dòng)畫(huà)，下結(jié)論。小結(jié)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單標(biāo)準(zhǔn)試件模型：介紹了Simulation的界面總結(jié)了有限元分析的主要步驟進(jìn)行了理論值與有限元解的比較作業(yè)要求

課后熟悉SolidworksSimulation操作界面和命令，練習(xí)單向拉伸有限元分析，理解有限元分析三步曲。機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實(shí)例7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4耦合場(chǎng)分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元建模策略學(xué)習(xí)目標(biāo)了解有限元的三步曲了解有限元的基本思想和術(shù)語(yǔ)掌握Simulation的基本界面和基本操作了解Simulation的主要功能7.1.2有限元分析基礎(chǔ)1.有限元定義與基本思想2.有限元常用術(shù)語(yǔ)3.通用有限元軟件分析三步曲4.Simulation界面5.Simulation分析類型6.Simulation網(wǎng)格控制7.Simulation結(jié)果后處理1.有限元定義與基本思想2.基本思想

化整為零，積零為整（數(shù)值積分→蓋大樓。具有方法論的意義）。

即：將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元和節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連接的一組單元的集合體；同時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一近似插值函數(shù)以表示單元中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律；進(jìn)而利用力學(xué)中的某些變分原理去建立用以求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元法方程，從而將一個(gè)連續(xù)域中的無(wú)限自由度問(wèn)題化為離散域中的有限自由度問(wèn)題。求解結(jié)束后，利用解得的節(jié)點(diǎn)值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個(gè)集合體上的場(chǎng)函數(shù)。1.何謂有限元法求解數(shù)理方程的一種數(shù)值計(jì)算方法，解決工程實(shí)際問(wèn)題的一種數(shù)值計(jì)算工具。2.有限元常用術(shù)語(yǔ)單元：結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分中的每一個(gè)小的塊體稱為一個(gè)單元。常見(jiàn)的單元類型有線段單元、三角形單元、四邊形單元、四面體單元和六面體單元幾種。由于單元是組成有限元模型的基礎(chǔ)，因此，單元的類型對(duì)于有限元分析是至關(guān)重要的。節(jié)點(diǎn)：確定單元形狀的點(diǎn)就叫節(jié)點(diǎn)。例如線段單元只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，三角形單元有三個(gè)或者六個(gè)節(jié)點(diǎn)，四邊形單元最少有四個(gè)節(jié)點(diǎn)等。載荷：工程結(jié)構(gòu)所受到的外在施加的力稱為載荷。包括集中載荷和分布載荷等。在不同的學(xué)科中，載荷的含義也不盡相同。在電磁場(chǎng)分析中，載荷是指結(jié)構(gòu)所受的電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用。在溫度場(chǎng)分析中，所受的載荷則是指溫度本身。約束：邊界條件就是指結(jié)構(gòu)邊界上所受到的外加支撐（已知位移）。3.通用有限元軟件分析三步曲

從使用有限元程序的角度講，有限單元法分析又可分成三大步:前處理：畫(huà)模型，定類型，設(shè)屬性，分網(wǎng)格。求解：添約束，加載荷，查錯(cuò)誤，求結(jié)果。后處理：列結(jié)果，繪圖形，顯動(dòng)畫(huà)，下結(jié)論。4.Simulation界面設(shè)計(jì)樹(shù)工具欄啟動(dòng)鈕圖形區(qū)5.Simulation分析類型SolidWorksSimulation可以完成“常規(guī)模擬、設(shè)計(jì)洞察、高級(jí)模擬”三部分功能。其中主要專題為：Static(靜態(tài))：計(jì)算壓力、拉力和變形；Frequency(頻率)：計(jì)算共振頻率；Thermal(熱力)：計(jì)算溫度和熱流動(dòng)。6.Simulation網(wǎng)格控制網(wǎng)格大小它是按包圍一個(gè)單元的球體（實(shí)體單元）或圓（殼單元）的直徑來(lái)定義的。公差表示了網(wǎng)格特征單元的尺寸范圍，如單元大小為0.225in，公差設(shè)定為0.011，則所有單元的尺寸均在0.214~0.236in范圍內(nèi)。自動(dòng)過(guò)渡對(duì)細(xì)小特征、孔和圓角自動(dòng)應(yīng)用網(wǎng)格控制。在對(duì)具有許多細(xì)小特征和細(xì)節(jié)的大模型網(wǎng)格化之前消除選擇自動(dòng)過(guò)渡，可以避免不必要地生成大量單元。局部細(xì)化在高應(yīng)力的地方應(yīng)用網(wǎng)格控制。比率：定義連續(xù)過(guò)渡單元層間單元大小的比率比率=1.2比率=1.1整體單元9mm局部單元0.5mm7.Simulation結(jié)果后處理編輯定義：圖表定義、圖表選項(xiàng)、圖解設(shè)定。截面剪裁ISO剪裁探測(cè)結(jié)果8.Simulation視頻演示Simulation基本操作演示小結(jié)簡(jiǎn)要分析了有限元分析的三步曲介紹了有限元的基本思想及術(shù)語(yǔ)介紹了Simulation的界面介紹了Simulation的網(wǎng)格控制等基本操作作業(yè)以單向拉伸為例練習(xí)以下內(nèi)容：網(wǎng)格控制編輯定義：圖表定義、圖表選項(xiàng)、圖解設(shè)定。截面剪裁ISO剪裁（看等值線）探測(cè)結(jié)果（看路徑圖）機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實(shí)例7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4耦合場(chǎng)分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元建模策略7.1.4裝配體有限元分析學(xué)習(xí)目標(biāo)了解有限元分析的原則掌握有限元工程應(yīng)用的策略7.1.3有限元的建模策略1.有限元分析原則與策略2.有限元的建模策略范例3.有限元工程分析過(guò)程示例1.有限元分析原則與策略

常用策略如下：（1）網(wǎng)格疏密得當(dāng)：一般采用“網(wǎng)格疏密得當(dāng)，先粗后細(xì)”多次試算。（2）刪除次要細(xì)節(jié)：忽略應(yīng)力不大部位的小孔、倒角/圓角、退刀槽、鍵槽等一般“先壓縮所有細(xì)節(jié)進(jìn)行初步分析，然后解壓縮應(yīng)力較大部位的細(xì)節(jié)再進(jìn)行分析”。（3）對(duì)稱性的利用：只取對(duì)稱結(jié)構(gòu)的一部分分析（如1/2結(jié)構(gòu)）。（4）模擬實(shí)際邊界條件：如果模型邊界條件與實(shí)際工況相差較大，計(jì)算結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，所以建模時(shí)應(yīng)盡量使邊界條件值與實(shí)際值相一致。1倒角2小孔3圓弧過(guò)渡4退刀槽“保證計(jì)算精度的前提下盡量降低計(jì)算規(guī)模”。2.建模策略范例——帶孔板分析（1）精細(xì)網(wǎng)格（2）疏密得當(dāng)（3）忽略細(xì)節(jié)（4）利用對(duì)稱

一個(gè)620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，計(jì)算其最大應(yīng)力。（約220MPa）（1）精細(xì)網(wǎng)格查看網(wǎng)格信息的方法是在Simulation設(shè)計(jì)樹(shù)中右鍵單擊“網(wǎng)格”，選擇“細(xì)節(jié)”。（2）疏密得當(dāng)查看網(wǎng)格信息的方法是在Simulation設(shè)計(jì)樹(shù)中右鍵單擊“網(wǎng)格”，選擇“細(xì)節(jié)”。（3）忽略細(xì)節(jié)（4）利用對(duì)稱（5）

建模策略總結(jié)

一個(gè)620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，計(jì)算其最大應(yīng)力。（約220MPa）3.零件有限元工程應(yīng)用示例-工作臺(tái)分析問(wèn)題定義（分析圖中承載支架B載載荷C作用下的應(yīng)力和變形）模型簡(jiǎn)化（A物體變用約束、B物體變壓力；忽略外圓角，利用對(duì)稱性）幾何建模（繪草圖，建特征、制零件）施加邊界條件（添約束、加載荷）網(wǎng)格劃分（選材料、設(shè)單元、分網(wǎng)格）結(jié)果查看應(yīng)力分布位移分布網(wǎng)格建模小結(jié)有限元建模策略：疏密得當(dāng)，忽略細(xì)節(jié)，利用對(duì)稱零件工程應(yīng)用步驟：（1）問(wèn)題定義，（2）幾何建模，（3）網(wǎng)格建模，（4）結(jié)果查看作業(yè)如何控制網(wǎng)格密度？如何判斷結(jié)果的精度？如何進(jìn)行模型簡(jiǎn)化？完成帶孔板建模策略對(duì)比分析。完成工作臺(tái)強(qiáng)度分析.機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實(shí)例7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4耦合場(chǎng)分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元建模策略7.1.4裝配體有限元分析學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握裝配體有限元分析的技巧7.1.4裝配體有限元分析進(jìn)行裝配體分析時(shí)，必須設(shè)置零件之間的連接關(guān)系，即要考慮各零部件之間是如何接觸的。車輪與鋼軌之間、嚙合的齒輪是典型的接觸問(wèn)題。1.裝配分析的實(shí)質(zhì)和面臨的問(wèn)題2.接觸類型及實(shí)例（1）裝配分析的實(shí)質(zhì)和面臨的問(wèn)題裝配體仿真的本質(zhì)：就是設(shè)置零件與零件之間的接觸問(wèn)題。

裝配體仿真所面臨的問(wèn)題：（1）模型的簡(jiǎn)化。這一步包含的問(wèn)題最多。實(shí)際的裝配體少的有十幾個(gè)零件，多的有上百個(gè)零件。（2）零件之間的聯(lián)接。裝配體的一個(gè)主要特征，就是零件多，而在零件之間發(fā)生了關(guān)系，使用接觸來(lái)建模，應(yīng)該使用哪一種接觸形式呢？（3）材料屬性的考慮。在一個(gè)復(fù)雜的裝配體中所有的零件，其材料屬性多種多樣。（4）有限元網(wǎng)格的劃分。對(duì)于裝配體中的每個(gè)零件，該如何劃分網(wǎng)格？（2）接觸類型及實(shí)例1）T型焊接-接合2）輪軌接觸-無(wú)穿透3）輪軸壓裝-冷縮1）T型焊接-接合2）輪軌接觸-無(wú)穿透3）輪軸壓裝-冷縮冷縮配合軸194.2mm孔194mm小結(jié)裝配工程應(yīng)用步驟：（1）問(wèn)題定義（2）幾何建模（3）裝配設(shè)定（4）網(wǎng)格建模（5）結(jié)果查看作業(yè)完成接觸設(shè)定分析歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實(shí)踐7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4多場(chǎng)協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實(shí)踐7.2.1彎扭組合階梯軸強(qiáng)度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)7.2.3直齒圓柱齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)7.2.4動(dòng)車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行軸靜強(qiáng)度分析：掌握加載區(qū)域分割，軸承約束、扭矩添加進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析：掌握疲勞分析原理、恒幅和變幅載荷壽命預(yù)測(cè)。進(jìn)行軸的模態(tài)分析：掌握材料、約束和載荷復(fù)制/粘貼，頻率、振型分析7.2.1階梯軸強(qiáng)度校核一高速軸扭矩T=7000N.m，圓周力Ft=5000N，徑向力Fr=1840N，軸向力Fa=700N，試對(duì)該軸進(jìn)行靜強(qiáng)度、剛度、疲勞強(qiáng)度和模態(tài)分析。1.軸的靜強(qiáng)度和剛度校核（1）分割加載區(qū)域（2）局部網(wǎng)格細(xì)化（3）施加軸承約束（4）施加工作載荷（5）靜強(qiáng)度校核（6）彎曲剛度校核靜強(qiáng)度校核：避免瞬時(shí)過(guò)載，塑性變形剛度校核：避免剛度不足，變形過(guò)大（1）分割加載區(qū)域（2）局部網(wǎng)格細(xì)化（3）施加軸承約束（4）施加工作載荷（5）靜強(qiáng)度校核可見(jiàn)最大應(yīng)力為246.2MPa，該值小于45鋼的屈服極限（280MPa），軸不會(huì)發(fā)生塑性變形。（6）彎曲剛度校核可見(jiàn)最大彎曲變形為0.2779mm，該值小于軸的撓度許用值（[f]=0.5mm），軸彎曲剛度合格。2.軸的疲勞強(qiáng)度分析（1）疲勞分析基礎(chǔ)（2）S-N曲線添加（3）恒幅疲勞事件（4）變幅疲勞事件軸通常所受的載荷是變化的，因此以疲勞強(qiáng)度分析為主。應(yīng)力比率r=最小應(yīng)力/最大應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)r=-1，脈動(dòng)循環(huán)r=0（1）疲勞載荷類型恒幅載荷變幅載荷（2）設(shè)定S-N曲線在已知應(yīng)力比R下的疲勞損傷極限Se及S—N曲線的斜率K，可根據(jù)S-N曲線確定應(yīng)力Smax情況下達(dá)到疲勞損壞的次數(shù)Ni。（3）恒幅疲勞分析可見(jiàn)，軸最短壽命為19.55萬(wàn)次。1)選定恒幅疲勞2）設(shè)置載荷屬性3）添加恒幅事件4）分析預(yù)測(cè)結(jié)果（4）變幅疲勞分析可見(jiàn)，最短壽命是610.1個(gè)譜塊。1)選定變幅疲勞2）設(shè)置載荷屬性3）添加恒幅事件4）分析預(yù)測(cè)結(jié)果3.軸的模態(tài)分析

軸是彈性體，旋轉(zhuǎn)時(shí)由于軸和軸上零件的材料不均勻、制造有誤差或?qū)χ胁涣嫉龋鸵a(chǎn)生以離心力為表征的周期性的干擾力，從而引起軸的彎曲振動(dòng)。如果這種強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與軸的彎曲自振頻率相重合時(shí)，就出現(xiàn)了彎曲共振現(xiàn)象。因此，有必要對(duì)軸進(jìn)行模態(tài)分析。尋求結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性（固有頻率和主振型）以便更好地利用或減小振動(dòng)。（1）復(fù)制材料（2）復(fù)制約束（3）一階振型（4）固有頻率（1）復(fù)制材料（2）復(fù)制約束（3）一階振型如圖，模式1的頻率為1185.1Hz。（4）固有頻率小結(jié)簡(jiǎn)要分析加載區(qū)域、軸承約束、扭矩的添加方法介紹了材料、約束等復(fù)制/粘貼方法介紹了疲勞壽命預(yù)測(cè)的步驟和原理：選類型、設(shè)屬性、添事件、看結(jié)果介紹了模態(tài)分析的原理和步驟作業(yè)上機(jī)練習(xí)軸類零件的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和模態(tài)分析。機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實(shí)踐7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4多場(chǎng)協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實(shí)踐7.2.1彎扭組合階梯軸強(qiáng)度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)7.2.3直齒圓柱齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)7.2.4動(dòng)車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行彈簧剛度分析：掌握強(qiáng)迫位移施加，列舉約束反力和剛度確定方法。進(jìn)行彈簧強(qiáng)度分析：掌握復(fù)制算例、最大載荷施加方法、應(yīng)力選取方法，強(qiáng)度評(píng)價(jià)原則。進(jìn)行彈簧穩(wěn)定性分析：掌握屈曲分析過(guò)程、屈曲載荷確定方法。7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)

已知某彈簧簧絲直徑d=41mm、彈簧中徑D=220mm、工作圈數(shù)n=2.9圈、自由高H0=256mm，承受的最大載荷Pmax=43kN。設(shè)計(jì)剛度[Kv]=925N/mm，許用應(yīng)力[τ]=750MPa。

試對(duì)其剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核。1.剛度分析

基本思想：根據(jù)彈簧剛度的定義，得彈簧剛度CAE分析的基本思想：彈簧一端固定，另外一端施加單位位移，所得固定端支反力即為彈簧剛度。（1）下支撐圈固定

可見(jiàn)約束反力為931N，即彈簧剛度為931N/mm。與設(shè)計(jì)剛度925N/mm接近，彈簧剛度合格。（2）上支撐圈單位位移（3）查看約束反力2.強(qiáng)度分析

基本思想：彈簧一端固定，另外一端施加最大撓度（fmax=Pmax/Kv=43000/931=46.2mm），所得應(yīng)力即為彈簧最大應(yīng)力。（1）下支撐圈固定可見(jiàn)vonMises應(yīng)力為921MPa，則當(dāng)量剪應(yīng)力為921MPa/2=460.5MPa，小于材料的許用應(yīng)力（750MPa），彈簧強(qiáng)度合格。（2）上支撐圈最大撓度（3）查看最大應(yīng)力3.穩(wěn)定性分析

基本思想：彈簧一端固定，另外一端施加單位位移，進(jìn)行屈曲分析確定位移屈曲因子乘以彈簧剛度即為臨界載荷。（1）下支撐圈固定（3）查看臨界撓度（2）上支撐圈單位位移臨界載荷Pc=99.904×1.0×931/1000=93.1kN>Pmax=43kN，彈簧的穩(wěn)定性合格。小結(jié)介紹了彈簧剛度計(jì)算步驟和原理：加單位位移，看約束反力介紹了彈簧強(qiáng)度設(shè)計(jì)步驟和原理：加最大撓度，看最大應(yīng)力介紹了彈簧屈曲載荷的確定方法：加單位位移，看臨界撓度作業(yè)上機(jī)練習(xí)動(dòng)車組軸箱彈簧的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性分析。機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實(shí)踐7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4多場(chǎng)協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實(shí)踐7.2.1彎扭組合階梯軸強(qiáng)度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)7.2.3直齒圓柱齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)7.2.4動(dòng)車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行齒輪彎曲強(qiáng)度分析：掌握模型簡(jiǎn)化方法，無(wú)穿透接觸施加方法。進(jìn)行齒輪接觸強(qiáng)度分析：掌握接觸壓力等獲取方法。進(jìn)行過(guò)盈配合分析：掌握過(guò)盈量的設(shè)定方法，冷縮配合的使用方法。7.2.3直齒圓柱齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)

1.彎曲強(qiáng)度分析：為了保證在預(yù)定壽命內(nèi)不發(fā)生輪齒斷裂失效，應(yīng)進(jìn)行齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算。2.接觸強(qiáng)度分析：為了保證在預(yù)定壽命內(nèi)齒輪不發(fā)生點(diǎn)蝕失效，應(yīng)進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算。3.過(guò)盈配合分析：齒輪與軸的連接方式采用圓柱面過(guò)盈配合時(shí)要進(jìn)行裝配應(yīng)力和傳遞扭矩的計(jì)算。1.嚙合強(qiáng)度分析

為了保證在預(yù)定壽命內(nèi)不發(fā)生輪齒斷裂失效和點(diǎn)蝕失效，應(yīng)進(jìn)行齒根彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度計(jì)算。（1）齒輪嚙合模型建立（2）齒輪嚙合關(guān)系設(shè)定（3）齒輪邊界條件施加（4）齒輪彎曲強(qiáng)度評(píng)定（5）齒輪接觸強(qiáng)度評(píng)定（1）齒輪嚙合模型建立

（2）齒輪嚙合關(guān)系設(shè)定

（3）齒輪邊界條件施加

（4）齒輪彎曲強(qiáng)度評(píng)定

（5）齒輪接觸強(qiáng)度評(píng)定

誤差為6.9％。3.過(guò)盈配合分析

齒輪與軸的連接方式采用圓柱面過(guò)盈配合時(shí)要進(jìn)行裝配應(yīng)力和傳遞扭矩的計(jì)算。（1）過(guò)盈配合建模（2）裝配關(guān)系設(shè)定（3）過(guò)盈配合分析（1）過(guò)盈配合建模過(guò)盈配合φ60H7/r6，過(guò)盈量=0.00516~0.04696mm（2）裝配關(guān)系設(shè)定（3）過(guò)盈配合分析觀察徑向應(yīng)力觀察接觸壓力小結(jié)介紹了齒輪嚙合分析方法介紹了無(wú)穿透接觸使用方法介紹了冷縮配合使用方法作業(yè)上機(jī)練習(xí)齒輪嚙合強(qiáng)度分析和輪軸過(guò)硬配合強(qiáng)度分析。機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實(shí)踐7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4多場(chǎng)協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實(shí)踐7.2.1彎扭組合階梯軸強(qiáng)度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)7.2.3直齒圓柱齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)7.2.4動(dòng)車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行車體碰撞分析：掌握跌落分析的步驟和應(yīng)用方法。7.2.4動(dòng)車組車體碰撞分析

以100m/s（相當(dāng)于360km/h）的速度沿軸向運(yùn)動(dòng)的鋁圓柱桿，碰撞固定邊界，模擬動(dòng)車組車體碰撞剛性墻。計(jì)算桿件的反應(yīng)的時(shí)間函數(shù)，并求出桿件最小長(zhǎng)度。桿件采用鋁合金制作，滿足具有硬化同向性的vonMises塑性模型。1.前處理2.求解3.后處理1.前處理（1）定類型（2）選材料（3）畫(huà)網(wǎng)格2.求解（1）設(shè)參數(shù)（2）定選項(xiàng)（3）做分析3.后處理（1）看分布繪制端面位移變化曲線（3）繪曲線（2）顯動(dòng)畫(huà)小結(jié)介紹了跌落分析用于碰撞仿真的過(guò)程：塑性材料設(shè)定、碰撞參數(shù)設(shè)定、求解選項(xiàng)設(shè)置作業(yè)上機(jī)練習(xí)碰撞仿真歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實(shí)踐7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4多場(chǎng)耦合7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.3.1優(yōu)化快速入門7.3.2帶孔板輕量化7.3.3托

架輕量化“用最小的代價(jià)獲得最大收益”。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)思想理解優(yōu)化設(shè)計(jì)三要素的確定方法掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)五步曲7.3.1快速入門優(yōu)化設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)2.優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程（1）數(shù)學(xué)模型：設(shè)計(jì)變量:r和h目標(biāo)函數(shù)：MaxV＝πR2H約束條件：S＝2πRH＋2πR2≤10000（2）設(shè)計(jì)思想“用最小的代價(jià)獲得最大收益”。（3）優(yōu)化三要素設(shè)計(jì)變量：即自變量。約束條件：用來(lái)體現(xiàn)優(yōu)化的邊界條件。目標(biāo)函數(shù)：最終的優(yōu)化目的。引例選擇杯子底面半徑r和高度h，在表面積S不大于10000的條件下，使得容積V最大。1.優(yōu)化設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)2.優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟（1）開(kāi)優(yōu)化（2）選變量（3）添約束（4）定目標(biāo)（5）做優(yōu)化優(yōu)化設(shè)計(jì)五步曲：（1）開(kāi)優(yōu)化開(kāi)優(yōu)化：右單擊【運(yùn)動(dòng)算例1】>【生成新設(shè)計(jì)算例】（2）選變量選變量：右單擊特征樹(shù)中的【注解】>【顯示特征尺寸】；【變量】>【添加參數(shù)】>選擇直徑和高度，區(qū)間均為[40,60],步長(zhǎng)取5.（3）添約束添約束：【約束】>【添加傳感器】>【類型：測(cè)量】>【選圓柱外表面】>【創(chuàng)建傳感器】，設(shè)測(cè)量2<10000mm2.（4）定目標(biāo)定目標(biāo)：【目標(biāo)】>【添加傳感器】>【類型：質(zhì)量特性】>【屬性：體積】，并設(shè)為體積1為最大化。（5）做優(yōu)化【運(yùn)行】，執(zhí)行優(yōu)化設(shè)計(jì)看結(jié)果：h=d=45mm小結(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)思想：“用最小的代價(jià)獲得最大收益”優(yōu)化設(shè)計(jì)三要素：設(shè)計(jì)變量、約束條件、目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)五步曲：（1）開(kāi)優(yōu)化，（2）選變量，（3）添約束，（4）定目標(biāo)，

（5）做優(yōu)化作業(yè)上機(jī)練習(xí)茶杯優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實(shí)踐7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4多場(chǎng)耦合7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.3.1優(yōu)化快速入門7.3.2帶孔板輕量化7.3.3托

架輕量化“用最小的代價(jià)獲得最大收益”。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握帶孔板輕量化設(shè)計(jì)建模方法掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)五步曲7.3.2帶孔板輕量化（1）問(wèn)題描述（2）數(shù)學(xué)模型（3）應(yīng)力計(jì)算（4）優(yōu)化設(shè)計(jì)1.問(wèn)題描述一個(gè)620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，設(shè)計(jì)板寬，使最大應(yīng)力小于200MPa時(shí)重量最輕。2.數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型：設(shè)計(jì)變量:b目標(biāo)函數(shù)：Minm＝f1(b)約束條件：S＝f2(b)≤200一個(gè)620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，設(shè)計(jì)板寬，使最大應(yīng)力小于200MPa時(shí)重量最輕。3.應(yīng)力計(jì)算1.打開(kāi)零件：（帶孔板輕量化-模型.SLDPRT）2.啟動(dòng)Simulation工具3.新建靜應(yīng)力算例“應(yīng)力計(jì)算”4.賦材料：碳鋼板5.添約束：固定左面6.加載荷：右面拉力360000N7.做仿真：運(yùn)行分析4.優(yōu)化設(shè)計(jì)1.新建優(yōu)化設(shè)計(jì)：右單擊【運(yùn)動(dòng)算例1】>【生成新設(shè)計(jì)算例】2.選變量：【添加設(shè)計(jì)變量】>名稱為B>單擊模型寬度尺寸380>380~450，步長(zhǎng)103.添約束：【添加約束】>Simulaton數(shù)據(jù)，應(yīng)力，Mpa>小于，2004.定目標(biāo)：【添加目標(biāo)】>質(zhì)量屬性，質(zhì)量5.做優(yōu)化：【運(yùn)行】6.提精度：B=395~400，步長(zhǎng)取1mm小結(jié)輕量化設(shè)計(jì)思想：應(yīng)力小于許用應(yīng)力的條件下，重量最小。輕量化設(shè)計(jì)步驟：先算約束、后做優(yōu)化。作業(yè)上機(jī)練習(xí)帶孔板輕量化設(shè)計(jì)機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實(shí)踐7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4多場(chǎng)耦合7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.3.1優(yōu)化快速入門7.3.2帶孔板輕量化7.3.3托

架輕量化“用最小的代價(jià)獲得最大收益”。學(xué)習(xí)目標(biāo)完成托架多種約束條件下的輕量化設(shè)計(jì)掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)五步曲7.3.3托

架輕量化1.問(wèn)題描述2.優(yōu)化建模3.約束條件求解4.定義設(shè)計(jì)變量5.設(shè)定三要素6.觀察優(yōu)化結(jié)果1.問(wèn)題描述

懸臂托架按如圖方式進(jìn)行支撐和施加載荷(面載荷為5MPa)。根據(jù)功能要求，托架的外部尺寸不能變化。中心切除大小由D11、D12和D13控制。這些尺寸可以在一定范圍內(nèi)變化。

通過(guò)以下條件減小懸臂托架的體積：vonMises應(yīng)力不得超過(guò)特定值；大位移不得超過(guò)特定值；固有頻率應(yīng)在260Hz到400Hz范圍內(nèi)，以避免與安裝機(jī)械引起共振。2.優(yōu)化建模數(shù)學(xué)模型：設(shè)計(jì)變量:D11、D12和D13目標(biāo)函數(shù)：Minm＝f1(b)約束條件：S≤300MPaw≤0.21mm260Hz≤f≤400Hz3.約束條件求解4.定義設(shè)計(jì)變量5.設(shè)定三要素6.觀察優(yōu)化結(jié)果小結(jié)輕量化設(shè)計(jì)思想：應(yīng)力小于許用應(yīng)力，固有頻率大于許用頻率的條件下，重量最小。輕量化設(shè)計(jì)步驟：先算約束、后做優(yōu)化。作業(yè)上機(jī)練習(xí)托架輕量化設(shè)計(jì)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實(shí)踐7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4多場(chǎng)耦合7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.3.1優(yōu)化快速入門7.3.2帶孔板輕量化7.3.3托

架輕量化7.3.4角撐板拓?fù)鋬?yōu)化學(xué)習(xí)目標(biāo)了解優(yōu)化設(shè)計(jì)的類型角撐板拓?fù)湓O(shè)計(jì)掌握拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的步驟7.3.4角撐板拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)1.問(wèn)題描述2.優(yōu)化建模3.約束條件求解4.定義設(shè)計(jì)變量5.設(shè)定三要素6.觀察優(yōu)化結(jié)果1.問(wèn)題描述

如所示角撐板，左側(cè)兩個(gè)圓孔的內(nèi)表面施加固定約束，另一個(gè)圓孔的內(nèi)表面施加力：Fx=15N，F(xiàn)y=5N。

在將其質(zhì)量減少45%的基礎(chǔ)上找到板的”最佳強(qiáng)度重量比”時(shí)的結(jié)構(gòu)方案。2.開(kāi)拓?fù)浯蜷_(kāi)<資源文件：7結(jié)構(gòu)分析\>中的“三角板拓?fù)鋬?yōu)化.sldprt”模型，單擊Simulation工具條中的“算例”，如圖7-51所示，選擇設(shè)計(jì)洞察中的“拓?fù)洹保缓髥螕簟按_定”按鈕3.加邊界施加約束：兩個(gè)孔的圓柱面“固定鉸鏈”。施加載荷：右側(cè)孔的圓柱面加載荷，F(xiàn)x=15N，F(xiàn)y=5N。4.設(shè)目標(biāo)設(shè)置拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)和約束

在拓?fù)渌憷龢?shù)中，右鍵單擊目標(biāo)和約束，然后單擊“最佳強(qiáng)度重量比（默認(rèn)）”。在約束1下選“減少質(zhì)量（百分比）”，將約束值設(shè)置為45(%)5.做優(yōu)化單擊Simulation工具條中的“運(yùn)行”，通過(guò)多次迭代實(shí)現(xiàn)的拓?fù)鋬?yōu)化。6.導(dǎo)結(jié)果

計(jì)算光順網(wǎng)格：右鍵單擊“結(jié)果”，“定義新的材料質(zhì)量圖解”，單擊“計(jì)算光順網(wǎng)格”。導(dǎo)出光順網(wǎng)格：在設(shè)計(jì)樹(shù)中右鍵單擊“材料質(zhì)量1（-材料質(zhì)量）”，然后單擊“導(dǎo)出光順網(wǎng)格”，在“將網(wǎng)格保存至”中選擇“新零件文件”，設(shè)零件名稱為“拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果”。在“高級(jí)導(dǎo)出”中選中“實(shí)體”，單擊。小結(jié)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)思想：通過(guò)改變結(jié)構(gòu)外側(cè)的材料和內(nèi)部的開(kāi)孔數(shù)目確定結(jié)構(gòu)的最佳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。輕量化設(shè)計(jì)步驟：開(kāi)拓?fù)?、加邊界、設(shè)目標(biāo)、做優(yōu)化、導(dǎo)結(jié)果作業(yè)上機(jī)練習(xí)角撐板拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)歡迎學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實(shí)踐7.3優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4多場(chǎng)耦合7.4耦合場(chǎng)分析7.4.1壓氣機(jī)動(dòng)力強(qiáng)度協(xié)同分析7.4.2踏面制動(dòng)車輪熱機(jī)耦合分析7.4.3動(dòng)車組車體流固耦合分析一個(gè)場(chǎng)的響應(yīng)是另一個(gè)場(chǎng)的激勵(lì)!學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握運(yùn)動(dòng)分析步驟。掌握運(yùn)動(dòng)載荷施加方法。7.4.1壓氣機(jī)動(dòng)力強(qiáng)度協(xié)同分析1.動(dòng)力仿真2.