連接到精確、高效的裝配體分析

2013-06-08 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

本白皮書僅適用于由通過螺栓、螺釘、銷釘或彈簧連接的多個(gè)零件構(gòu)成的裝配體組成的產(chǎn)品。不同類型的裝配體有著不同的模擬難點(diǎn)。但它們相同的一點(diǎn)是,都需要模擬連接裝配體零部件的接頭,這種模擬通常需要廣泛的分析知識和大量時(shí)間。作者: COSMOS 來源: COSMOS
關(guān)鍵字: 裝配體分析接頭

簡介

本白皮書僅適用于由通過螺栓、螺釘、銷釘或彈簧連接的多個(gè)零件構(gòu)成的裝配體組成的產(chǎn)品。不同類型的裝配體有著不同的模擬難點(diǎn)。但它們相同的一點(diǎn)是,都需要模擬連接裝配體零部件的接頭,這種模擬通常需要廣泛的分析知識和大量時(shí)間。

專業(yè)的分析人員發(fā)現(xiàn),盡管他們有專業(yè)的知識和經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行裝配體分析仍然非常困難,并且需要消耗大量時(shí)間。例如,要模擬銷釘連接(也就是一對圓筒由銷釘連接配合到一起,銷釘允許或限定零件之間的旋轉(zhuǎn),例如鉗子可能用到的連接),專業(yè)的分析人員通常必須對穿過鉸鏈圓筒的銷釘進(jìn)行建模,并定義銷釘和圓柱表面之間的縫隙接觸,然后才能開始真正的分析。分析人員還需要知道使用多大的銷釘。

設(shè)計(jì)工程師日常工作中最重要的部分是產(chǎn)品設(shè)計(jì),而不是模擬;他們不是專業(yè)分析人員。他們非常忙,沒有時(shí)間以傳統(tǒng)的方式模擬接頭。

但是如果他們不必以傳統(tǒng)方式進(jìn)行模擬,如果他們使用的軟件有足夠的智能為他們完成其中最困難的部分,這該有多好?

這正是COSMOSWorks和COSMOSDesignSTAR所能做的。這兩個(gè)程序中包含虛擬的接頭,使得分析包含銷釘、彈簧、螺栓和螺釘?shù)难b配體變得非常輕松和快速。

這些虛擬接頭背后的概念與幾代專業(yè)分析人員一直使用的概念完全相同。COSMOS在精確度上沒有任何折扣。

它提供簡潔的用戶界面,采用直接簡單的輸入,將許多以前由分析人員執(zhí)行的任務(wù)放到軟件中執(zhí)行,從而提供全面、精確的結(jié)果。

銷釘接頭

便攜式計(jì)算機(jī)、剪刀式升降機(jī)、鉗子以及致動器之類的產(chǎn)品的鉸鏈一般都會使用銷釘接頭。

每個(gè)人都非常熟悉的一個(gè)實(shí)例就是鉗子(圖1)。銷釘穿過鉗子的兩個(gè)柄,活動鉗柄即可打開或合上鉗口。在傳統(tǒng)的有限元分析(FEA)中,模擬銷釘行為的典型方法是在有限元網(wǎng)格中對銷釘零件進(jìn)行建模,然后由分析人員定義銷釘和鉗柄的圓柱面之間的接觸。

連接到精確、高效的裝配體分析solidworks simulation學(xué)習(xí)資料圖片1

(圖1)—COSMOS中的虛擬銷釘接頭只需最少的輸入,如鉗子裝配體所示,輸入與銷釘接觸的面即可。

但是,如果設(shè)計(jì)模型中包含多個(gè)銷釘(例如剪刀式升降機(jī)),使用接觸定義銷釘行為將消耗大量資源,有時(shí)候求解起來不太現(xiàn)實(shí)。此外,這種做法可能無法提供最需要的信息。

在多數(shù)情況下,用戶需要知道銷釘對其相鄰零件或整個(gè)裝配體的影響,而不是銷釘本身上的應(yīng)力分布。COSMOS中的虛擬銷釘接頭專門用于處理這種情況,從而使分析變得更加快速輕松。利用這一功能,用戶就可以了解銷釘上的力和運(yùn)動并據(jù)此確定銷釘?shù)拇笮　?/P>

定義虛擬銷釘連接非常簡單。例如鉗子,用戶只需先確定與銷釘接觸的面即可。COSMOS中的虛擬銷釘接頭可以用來模擬旋轉(zhuǎn)、前后滑動或者既旋轉(zhuǎn)又滑動的銷釘(圖2)。因此,設(shè)計(jì)工程師需要選擇所需的運(yùn)動。很明顯,對于鉗子,用戶會假定所選面繞銷釘自由旋轉(zhuǎn)。

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(圖2)—COSMOS中的銷釘接頭可以用來模擬此致動器裝配體中所示的旋轉(zhuǎn)、前后滑動或者既旋轉(zhuǎn)又滑動的銷釘。

盡管界面非常簡單易用,但軟件會執(zhí)行定義銷釘?shù)腇EA模擬所需的任務(wù),這些任務(wù)與傳統(tǒng)分析中所述的任務(wù)同樣復(fù)雜。COSMOS使用橫梁單元對銷釘進(jìn)行建模,并使用由用戶指定了軸和旋轉(zhuǎn)剛度的桿單元將其連接到兩個(gè)零件的圓柱面(圖3)。面的相對軸向運(yùn)動取決于在接合處產(chǎn)生的軸向力及指定的軸向剛度。同樣,相對旋轉(zhuǎn)取決于在接合處產(chǎn)生的力矩及指定的旋轉(zhuǎn)剛度。如果用戶需要對自由旋轉(zhuǎn)的純粹銷釘連接建模,可以選擇“無平移”選項(xiàng),COSMOS會自動定義軸向剛度,使該連接在允許自由旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沒有平移。

連接到精確、高效的裝配體分析solidworks simulation技術(shù)圖片3

(圖3)—如插圖所示,銷釘特性用橫梁單元進(jìn)行建模。橫梁單元由桿單元連接到part1和part2上的所有節(jié)點(diǎn)。

除簡化銷釘建模之外,COSMOS中的虛擬銷釘接頭還使分析軟件的新手用戶能夠輕松處理與銷釘連接的裝配體。與以前的分析人員不同,他們不必?fù)?dān)心橫梁單元的位置,也不必?fù)?dān)心桿單元用來限制旋轉(zhuǎn)或平移的剛度。

如果用戶要自行對虛擬銷釘接頭進(jìn)行建模(如果使用COSMOS之外的其他軟件,這是其唯一選擇),即必須手動定義橫梁單元和桿單元。在鉗子的示例中,設(shè)計(jì)工程師需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)橫梁單元和160個(gè)桿單元。因此,如果設(shè)計(jì)需要更改,并導(dǎo)致大量重復(fù)的幾何體更改或網(wǎng)格更改,用戶每次都必須重復(fù)這些步驟。而且,如果設(shè)計(jì)工程師在定義橫梁單元或桿單元時(shí)出錯(cuò),他將很難找到何處出錯(cuò)。

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