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类型基于catia的简单零件设计及有限元分析.docx

  • 上传人:鱼**
  • 文档编号:852005
  • 上传时间:2024-03-29
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    关 键  词:
    基于 catia 简单 零件 设计 有限元分析
    资源描述:
    基于 catia 的简单零件设计及有限元分析 专用汽车结构与设计课程论文 摘要 零件受载时的变形平衡及可靠性是工程应用中最常见的问题, 汽车作为最普遍的交 通工具, 其中的要求更是广泛。 那么对某一具体的零部件, 分析及解决这一问题的最方便最 有效的方法就是有限元分析法, 下面基于 catia 软件, 对一实际的三脚连接静态受载的问题, 首先进行零件实体建模, 再利用有限元分析模块来解决。 在此过程中, 我们可以看到解决改 善这类问题的方法。 关键词 零件实体建模 有限元分析 应力 变形 正文 基于如下问题的解决方法探索: 已知三脚连接件如下,需要分析其受载时的状况。 分析: 要解决其受载变形平衡及可靠性的问题, 就得首先清楚其受载情况然后在从应力 应变的角度去分析, 而此零件不是简单的简支梁支杆的问题, 所以不能用传统的方法去解决, 但是我们可以将其转化了成熟知的问题, 再来解决。 有限元分析法就是基于这个目的而产生 的,它的基本概念就是用较简单的问题代替复杂的问题再求解, 将求解域看成是由许多称为 有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求 解总域的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。当然这个解不是准确解,而是 近似解,因为实际问题被较简单的问题所近似代替。由于大多数实际问题难以得到准确解, 而有限元不仅能适应各种复杂形状, 而且计算过程通过计算机完成的, 精度高, 速度快, 因 而成为行之有效的工程分析手段。 所以基于此问题,我们利用 catia 中的有限元分析模块来解决。当然前提条件是实体建 模已完成,因此我们将问题分两步来完成。 一.零件实体建模 零件的三视图及立体图已经充分给出,根据这我们就可以做出零件实体。 1 .打开 catia,进入开始—机械设计—零件设计,点启用混合设计后就可以进入零件设 计的界面了。 2 . 凸台 1 设计 首先点击 YZ 平面并进入草绘,完成三脚中的一脚的剖面的设计: 在进行 X 方向的对称拉伸: 3.倒 R8 圆角 1 4.钻 Φ10*5 的盲孔 1 先进入草绘选择好圆心点 再完成孔的设计 5.挖 Φ15 凹槽 1 先完成平面草绘 再进行拉伸,选择好方向,点选直到下一个 6.圆形阵列 1 完成另两个脚 进入草绘,完成圆形阵列 1 的轴线 圆形阵列 1: 7.R35 平面圆角 1 ,2 8.肋 1 先完成肋 1 的横截面设计,进入草绘 再完成肋 1 纵向位移线设计,进入草绘 完成肋 1: 9.末端 Φ40*14 的旋转体设计 先进入草绘,完成旋转轮廓及转轴的设计 完成旋转体: 10.螺纹孔 3 的设计 与第 4 步钻孔类似,先完成草图里圆心的位置设定,再完成螺纹孔 3: 11.肋棱边倒 R8 圆角 2 选择好需要倒圆的肋的棱边,完成倒圆角 2: 12.旋转体上表面倒 R8 圆角 3 13.R10 平面圆角 3,4 设置如下: 完成如图: 14.底面倒 R1 圆角 15.填充材料 steel 最终完成零件实体的建模: 二.有限元分析 实体建模完成后,就可以进行有限元分析了,不过我们得先知道零件的连接受载情况, 查资料可知, 此三脚连接件的三个脚连接某一零件, 而末端的螺纹孔连接另一个零件。 对两 个零件的连接, 会导致三脚连接件受载变形, 那么可以这么认为,相对而言, 可以认为它是 固定在其中某个零件上, 而在另一端进行受载。 假设其三个脚的部分是相对固定的, 而在螺 纹孔连接处受载,分别受肋向轴承载荷 300N;旋转载荷 Y 向 10Nm ,Z 向 16Nm;底部受 均匀压力载荷 20N/m2;最后受重力;整个过程都用静态有限元分析法。 其解决方式如下: 1.将零件置于带材料着色的状态,点击开始—分析与模拟—advanced meshing tools,进 入网格划分模块: 2.网格划分 点击网格划分符号,设置网格大小 7mm,绝对垂度 1mm ,然后点击确定,最后更新, 可得网格划分图: 3.点击开始—分析与模拟—generative structure analysis,进入有限元分析模块: 4.对零件填充三维特性与材料特性: 5.对三脚施加夹紧约束: 6.根据以上对零件受力施加载荷: 7.点击计算符号,进行自动计算 8.生成冯米斯应力图: 9.显示变形情况: 10.位移显示: 11.能量误差估计: 整个实体建模及有限元分析过程就完成了。 结语 通过对以上零件的分析, 可以知道该零件在假设所加的应力情况下的变形与应力情况不 是很理想, 尤其是变形比较大; 解决的办法就是改变零件的材料或结构, 或者通过正确的连 接来改善受载情况, 以使零件工作的可靠性提高。 同样, 对于汽车零件, 也可以用相同的方 法来分析解决问题,改善零件受力变形以达到设计所要求的可靠性。 参考文献 [1]韩书葵 胡仁喜 刘昌丽. CATIA V5 应用教程[M].清华大学出版社.北京交通大学出版 社.北京. 2008 [2]盛选禹 唐守琴. CATIA 有限元分析命令详解与实例[M].机械工业出版社.北京. 2006 [3]尤春风. CATIA V5 机械设计[M].清华大学出版社.北京. 2002 [4]盛选禹. CATIA 三维模型入门与提高.机械工业出版社.北京. 2003
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