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零件構成的裝配體組成的產品。不同類型的裝配體有著不同的模擬難點。但它們相同的一點是,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間。作者: COSMOS 來源: COSMOS
關鍵字: 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零件構成的裝配體組成的產品。不同類型的裝配體有著不同的模擬難點。但它們相同的一點是,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間。

專業的分析人員發現,盡管他們有專業的知識和經驗,進行裝配體分析仍然非常困難,并且需要消耗大量時間。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,例如鉗子可能用到的連接),專業的分析人員通常必須對穿過鉸鏈圓筒的銷釘進行建模,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。

設計工程師日常工作中最重要的部分是產品設計,而不是模擬;他們不是專業分析人員。他們非常忙,沒有時間以傳統的方式模擬接頭。

但是如果他們不必以傳統方式進行模擬,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、螺栓和螺釘的裝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行的任務放到軟件中執行,從而提供全面、精確的結果。

銷釘接頭

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

每個人都非常熟悉的一個實例就是鉗子(圖1)。銷釘穿過鉗子的兩個柄,活動鉗柄即可打開或合上鉗口。在傳統的有限元分析(FEA)中,模擬銷釘行為的典型方法是在有限元網格中對銷釘零件進行建模,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學習資料圖片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,如果設計模型中包含多個銷釘(例如剪刀式升降機),使用接觸定義銷釘行為將消耗大量資源,有時候求解起來不太現實。此外,這種做法可能無法提供最需要的信息。

在多數情況下,用戶需要知道銷釘對其相鄰零件或整個裝配體的影響,而不是銷釘本身上的應力分布。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動并據此確定銷釘的大小。

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、前后滑動或者既旋轉又滑動的銷釘(圖2)。因此,設計工程師需要選擇所需的運動。很明顯,對于鉗子,用戶會假定所選面繞銷釘自由旋轉。

連接到精確、高效的裝配體分析solidworks simulation學習資料圖片2

(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、前后滑動或者既旋轉又滑動的銷釘。

盡管界面非常簡單易用,但軟件會執行定義銷釘的FEA模擬所需的任務,這些任務與傳統分析中所述的任務同樣復雜。COSMOS使用橫梁單元對銷釘進行建模,并使用由用戶指定了軸和旋轉剛度的桿單元將其連接到兩個零件的圓柱面(圖3)。面的相對軸向運動取決于在接合處產生的軸向力及指定的軸向剛度。同樣,相對旋轉取決于在接合處產生的力矩及指定的旋轉剛度。如果用戶需要對自由旋轉的純粹銷釘連接建模,可以選擇“無平移”選項,COSMOS會自動定義軸向剛度,使該連接在允許自由旋轉的同時沒有平移。

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

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

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,他們不必擔心橫梁單元的位置,也不必擔心桿單元用來限制旋轉或平移的剛度。

如果用戶要自行對虛擬銷釘接頭進行建模(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,設計工程師需要創建一個橫梁單元和160個桿單元。因此,如果設計需要更改,并導致大量重復的幾何體更改或網格更改,用戶每次都必須重復這些步驟。而且,如果設計工程師在定義橫梁單元或桿單元時出錯,他將很難找到何處出錯。

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