肖猛軍

國營長風機器廠

UG NX10.0強度分析應用實例

肖猛軍

國營長風機器廠

本文介紹了UG NX10.0強度分析的應用實例。利用UG NX10.0，分析了一種可折疊支架在受重力載荷下主要的應變與應力分布。仿真實例在UG NX10.0設計仿真使用中有一定的借鑒意義。

模型簡化；仿真；剛強度

引言

現(xiàn)在市場競爭激烈，產品設計周期短，幾乎沒有試制驗證階段，所以仿真已成為目前設計工作中必需進行的一項課題。在設計初期通過仿真發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，對產品進行仿真優(yōu)化設計，會大大縮短產品的上市周期，節(jié)約生產成本。

隨著UG NX等三維建模軟件的廣泛使用，其內置仿真分析模塊使用方便，用戶可以用一種軟件完成建模和仿真分析，給設計工作帶來諸多便利。本文以UG NX10.0為計算仿真工具，使用其內部集成的nastran，對一種折疊支架在受重力載荷下主要的應變與應力分布進行了設計仿真計算。簡單介紹了UG NX10.0在力學仿真中的一般使用方法和經(jīng)驗。

1.UG NX10.0的模型形式

UG NX10.0的模型有4種形式，根據(jù)功能的不同，用不同后綴定義模型，關系如下：

其中后綴.prt是實體的主模型，真實反映實體模型特征；后綴. iprt是仿真簡化模型，它以.prt模型為基礎，簡化模型特征，建立流體域等，簡化模型不改變主模型，簡單的實體模型可以不建立仿真模型；后綴.fem是劃分網(wǎng)格模型，在仿真時進行網(wǎng)格劃分并定義材料；后綴.sim是解算模型，用來定義邊界、載荷、解算和進行后處理，得到仿真結果。

2.折疊支架建模

根據(jù)用戶使用要求，折疊支架在運輸時折疊，架設設備時展開，展開后占用空間1100mm×1100mm×900mm。要求輕便，穩(wěn)固，可承載1600公斤重量。設計中支腳采用Φ32，壁厚3 mm鋼管、拉桿采用Φ20，壁厚3 mm鋼管；連接件采用鋼材；安裝板采用鋁合金。應用建模技術分別對支腳、拉桿、安裝板、連接件進行三維實體建模。依據(jù)安裝順序依次進行組裝和約束設置，最終完成折疊支架.prt的三維立體建模，如圖1所示。

圖1　

3.仿真分析

3.1模型簡化

在進行仿真分析前需要對模型進行簡化處理.以簡化網(wǎng)格劃分，節(jié)約計算資源，提高解算的成功率。本案例主要進行了以下幾種簡化：

去除非受力部位的小孔，螺紋，倒角等。

焊接部位的焊縫強度遠大于所受作用力，在整件裝配體中簡化為粘接形式，以節(jié)約計算時間。焊縫強度也可另外進行部件級仿真分析，此處暫不論述。

將模型中的球副支腳簡化為整體支腳，簡化后不影響支架整體結構的力學分析。

3.2建立簡化模型

選擇名稱后綴為.prt的實體模型，建立仿真模型，選擇創(chuàng)建理想化部件選項，求解器選擇NX NASTRAN。在理想化部件（后綴為.iprt）里對實體模型按3.1所述進行簡化處理，處理后如圖2所示：

圖2　

3.3劃分網(wǎng)格和分配材料

實體模型簡化處理后，將名稱后綴為.fem的模型設為工作部件。選取所有幾何體進行網(wǎng)格劃分，本例網(wǎng)格參數(shù)勾選“每個個體自動選擇大小”選項進行網(wǎng)格劃分，其它選項默認。網(wǎng)格劃分結束后通過3D收集器為各零件分配材料，此折疊支架中支腳、拉桿、連接件采用鋼材；安裝板采用鋁合金。

3.4添加邊界條件和載荷

將名稱后綴為.sim的模型設為工作部件。

3.4.1添加約束和載荷

折疊支架安裝板的Y方向載荷1600公斤，支腳放在支撐面，Y方向為支撐方向，支架不會在Y方向運動，所以支腳底面約束為Y方向固定，其它方向自由。

在折疊支架安裝板載荷面的Y方向添加1600公斤載荷。

3.5求解和后處理

在經(jīng)過模型簡化、網(wǎng)格劃分、材料分配、添加約束條件、添加負載載荷5個步驟后折疊支架如圖3所示，可以進行仿真計算。

選取默認的解算方案Solution 1（Solution 1可以更改名稱），在快捷菜單里先選擇編輯，檢查設置的解算器是否是NX NASTRAN（其它選用默認就行），然后在快捷菜單里選擇求解，進行仿真計算。

仿真計算完成后，查看仿真結果。右鍵雙擊Structural，進入后處理，在后處理中選擇位移，應力等選項進行查看。得到仿真結果。

位移結果如圖4所示。

應力結果如圖5所示。

圖3　

圖4　

4.折疊支架應力和變形分析

圖5

圖4為折疊支架變形云圖，圖5折疊支架應力云圖。根據(jù)圖4、圖5可以看出折疊支架在承受最大作用力時的最大變形量為0.777mm，最大應力為129.9MPa。同時可以從應力分布看出折疊支架的主要受力部位在支腳根部。設計中應保證支腳根部有足夠的強度，可采用45#鋼制造，查45#鋼的屈服強度最小為355MPa，其安全系數(shù)為2.73倍，完全滿足使用要求。

5.結束語

通過對折疊支架結構剛強度的NX NASTRAN軟件分析、計算仿真，得出了折疊支架主要受力件的靜力學性能，準確真實地獲得了支架的應力、應變分布，發(fā)現(xiàn)了最大應力位置，對后續(xù)結構優(yōu)化和材料選用有一定的借鑒意義。

［1］劉帥主編.UG NX10.0產品建模設計基礎教程.機械工業(yè)出版社，2015.10

［2］章兆亮主編.UG NX10.0寶典.西南交通大學出版社，2016.1

［3］濮良貴編著.機械設計.第五版.北京：高等教育出版社，1991.11