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基于Pro/E和ANSYS的提环建模与有限元分析

发布于:2016-03-26 20:09
有限元分析

      提环是水龙头中最重要的承重零件,提环上部内侧面与大钩钩口接触,接触表面半径符合API规范,下部耳环通过柱销与水龙头壳体相连,因而其结构设计与力学性能对水龙头的安全性非常重要。采用传统的方法进行开发设计、性能检验不仅周期长、成本高,而且也会造成设计与计算有较大误差。采用CADApp完成提环的结构设计,对所设计的提环进行实体仿真装配,从而进行动态干涉检查,再利用ANSYS对提环进行有限元分析,优化设计参数,最终完成产品设计,将会进一步节省生产成本,缩短产品设计周期,大大降低强度校核的偏差。
      为此,国内已经有一些学者对提环进行了有益的仿真研究。对提环的微裂纹与应力强度因子进行了分析计算,刘杨松对水龙头等效当量动载荷及主轴承寿命的计算公式进行了探讨,但是对水龙头提环的整体应力和不同部位的形变量仍然没有进行详细的研究。本研究利用三维建模功能很强的Pro/EApp来建立提环的三维实体模型,然后将模型导入ANSYS进行有限元分析,对提环的整体应力和不同部位的形变量进行了有效的设计与仿真研究,其结果得到了工程实际验证。
      建模过程中应注意参数单位的设置,因为ANSYS中没有单位制,在ANSYS中输入基本单位(如长度、质量、时间)时,要求单位必须一致。但有时也需要直接输入一些导出量(如力、压力等),这时就要确保这些导出量与基本物理量属于同一个单位制,否则需要量纲换算。所以在Pro/E中建立每一种零部件的单位都应设定为国际单位制“MKS”(Meter Kilogram Second),同样在创建装配图时也要注意这个问题。
      提环实体的建模有2个过程:
      a) 利用具有强大CAD功能的Pro/EApp对提环进行实体创建。
      b) 利用IGES格式将Pro/E创建的实体导入到ANSYS中。
      通过ANSYS与Pro/EApp的无缝接口,将提环模型导入ANSYS中,整个转换过程在不脱离Pro/E和ANSYS这2个App的情况下进行,从而实现了二者之间的无缝连接,真正做到了CAD、CAE的一体化,结果如图。
      网格划分是建模中非常重要的一个环节,网格划分的好坏将直接影响计算结果的准确性和计算进度,甚至会因为网格划分不合理而导致计算不收敛。根据该提环的结构特点,选择单元类型为实体单元格,网格划分尺寸应不大于提环的最小壁厚值。最后采用自由网格划分的方法进行网格的划分。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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