SolidWorksSimulation图解应用教程_四_.pdf

95CAD/CAM与制造业信息化2009年第10期栏目主持：黎艳投稿信箱：L一、非线性分析线性静态分析假设载荷和所引发的反应之间的关系是线性的。例如，若将载荷量加倍，反应（位移、应变、应力及反作用力等）也将加倍。所有实际结构在某个水平的载荷作用下都会以某种方式发生非线性变化。在某些情况下，线性分析可能已经足够。但在其他许多情况下，由于违背了所依据的假设条件，因此线性求解会产生错误结果。造成非线性的原因有材料行为、大型位移和接触条件。您可以利用非线性算例来解决线性问题，其结果可能会由于过程的不同而稍有不同。在非线性静态分析中，不考虑像惯性和阻尼力这样的动态效果。线性分析基于静态和线性假设，因此只要这些假设成立，线性分析就有效。当其中一个（或多个）假设不成立时，线性分析将会产生错误的预测，此时必须使用非线性分析建立非线性模型。如果下列条件成立，线性假设成立。(1)模型中的所有材料都符合虎克定律，即应力与应变成正比。有些材料只有在应变较小时才表现出这种行为。当应变增加时，应力与应变的关系成非线性。有些材料即使当应变较小时也表现为非线性行为。材料模型是材料行为的数学模拟。如果材料的应力与应变关系是线性的，该材料被称为是线性。线性分析可以用来分析具有线性材料并假定没有其他类型的非线性模型。线性材料可以是同向性、正交各向异性或各向异性。当模型中的材料在指定载荷的作用下表现出非线性应力、应变行为时，就必须使用非线性分析。非线性分析提供许多类型的材料模型。(2)所引起的位移足够小，以致可以忽略由加载所造成的刚度变化。当定义实体零部件或外壳的材料属性时，非线性分析提供大变形选项。刚度矩阵计算可以在每个解算步骤中重新计算。重新计算刚度矩阵的频率由用户控制。(3)在应用载荷的过程中，边界条件不会改变。载荷的大小、方向和分布必须固定不变。当模型发生变形时，它们不应该改变。例如，因为当加载接触发生时，边界条件发生改变，所以接触问题自然是非线性的。但是，线性分析提供了接触问题的近似解，并在其中考虑了大变形效果。下面我们用非线性分析来模拟轴承装配工艺过程。（这里仅介绍分析的方法，所有的数据均是假设。）1.打开SolidWorks软件1)单击“新建”按钮，如图1所示。2)在弹出的“新建SolidWorks文件”对话框中单击“零件”按钮，然后单击“确定”按钮，如图2所示。2.新建如图3所示零件1)在前视基准面上作半径为25mm的1/4圆，并拉伸10mm。编辑材质为合金钢，并在图3a面上作一分割线，将面左右对称，一分为二，保存为“轴.sldprt”。2)新建零件，在前视基准面上作内、外半径分别为24.6mm和35mm的1/4圆环，并拉伸10mm。编辑材质为合金钢，在图3b面上作一分割线，将其对称，一分为二，并建立图3b所示的基准轴（后续操作要用到），保存为“内圈.sldprt”。3.建立装配体将前述两个零件以轴为固定，建立装配体，分别添加距SolidWorks Simulation图解应用教程（四）浙江金华技师学院 方显明阶梯教室Modern ManufacturingCAMSimulation所能进行的分析种类，这里我们选择的是“非线性”按钮。在上述两项设置完成后单击确定按钮（确定按钮在特征树的左上角及绘图区域的右上角各有一个）。我们可以发现，插件的命令管理器发生了变化，如图8所示。4)单击“夹具”按钮下方的小三角，并单击下级菜单中的“高级夹具”按钮，此时在左侧的特征树中出现对话框，选中“对称”按钮，在图形区域单击如图9所示的面，所选的面出现在“夹具的平面”框内，并单击“确定”按钮，如图10所示。此时在Simulation算例树的夹具文件夹中生成一个名为“夹具-1”的图标，如图11所示。5)单击“夹具”按钮下方的小三角，并单击下级菜单中的“高级夹具”按钮，在左侧的特征树a)轴零件模型b)内圈零件模型图3离配合（距离15mm）如图4a所示、重合配合（如图4b所示）与同心配合（如图4c所示）。4.线性静态分析1)启动“S o l i d W o r k s S i m u l a t i o n”插件，单击“Simulation”标签，切换到该插件的命令管理器页，如图5所示。2)如图6所示，单击“算例”按钮下方的小三角，在下级菜单中单击“新算例”按钮。在左侧特征管理树中出现如图7所示的对话框。3)在“名称”栏中，可输入你所想设定的分析算例的名称。在“类型”栏中，我们可以清楚看到SolidWorks 中选中“使用参考几何体”按钮，在图形区域单击轴面中点及圆柱表面，所选的点、面分别出现在“夹具的面、边线、顶点”框内和“方向的面、边线、基准面、基准轴”框内，并限制其轴向位移，设置后单击“确定”按钮，如图12所示。6)类似于步骤5，对内圈外表面作如图13所示设置。特别注意在轴向位移处填上数字“-1”，此处的数字和曲线上数值的乘积才是真实的位移。位移规律按如图14所示曲线添加（时间曲线初始只有2点，此时你只需在点下方的数字上双击即可添加新的点）。完成设置后按“确定”钮。7)单击“外部载荷”按钮下方的小三角，并单击下级菜单中的“温度”按钮，在特征树中选中零件“轴”，并设置温度为24，单位为“摄氏”，“随时间变化”项设为未选a)距离配合 b)重合配合 c)同心配合图4图5 启动插件图6 新建算例图7 选择“非线性”图8 打开算例后的命令面板图9 选择零件端面 图10 选择面后的对话框 图11 完成夹具指定97CAD/CAM与制造业信息化2009年第10期栏目主持：黎艳投稿信箱：L中状态，设置后单击“确定”按钮，如图15所示。8)设置内圈的温度变化。单击“外部载荷”按钮下方的小三角，并单击下级菜单中的“温度”按钮，在特征树中选中零件“内圈”，设置温度为1，单位为“摄氏”，单击“随时间变化”项中的编辑钮，设置时间曲线如图16所示。设置后单击“确定”按钮。对照图14和图16，其含义是：01秒，加热到200内圈保持原位；12秒，200下保温内圈到达装配位置；23秒，内圈降温到室温并保持在装配位置。9)单击“连接”按钮下方的小三角，并单击下级菜单中的“接触面组”按钮，在图示区域分别单击内圈内表面及轴的外表面，按图17所示设置。设置后单击“确定”按钮。10)在特征树右键单击“算例1”，在快捷菜单中单击“属性”按钮，设置结束时间为3秒，设置后单击“确定”按钮，如图18所示。图12 限制轴的轴向位移设置图13 内圈轴向位移设置图14 时间曲线设置图15 设置轴的室温图16 温度时间曲线设置阶梯教室Modern ManufacturingCAM(2)2秒钟的应力状态和位移状态1)在Simulation算例树中，打开结果文件夹。2)双击“应力1(-von Mises-)”以显示图解。右击，在快捷菜单中单击“编辑定义”，如图23所示设置，单击“确定”按钮。结果如图24所示，可以看到结合面受力较大。3)双击“位移1（-X位移-）”显示位移图解。右击，在快捷菜单中单击“编辑定义”，如图25所示设置，单击“确定”按钮。结果如图26所示，此时已装配到位，但温度仍为200。(3)3秒钟的应力状态和位移状态1)在Simulation算例树中，打开结果文件夹。图17 定义轴及内圈的接触条件11)单击“运行”按钮，稍候即可完成分析过程（分析可能得花费几十分钟，请耐心等待），并将分析结果显示在Simulation算例树中结果文件夹。5.查看分析结果(1)1秒钟的应力状态和位移状态1)在Simulation算例树中，打开结果文件夹。2)双击“应力1(-von Mises-)”以显示图解。右击，在快捷菜单中单击“编辑定义”，如图19所示设置，单击“确定”按钮。结果如图20所示，可以看到内圈受力较小。3)双击“位移1（-合位移-）”显示位移图解。右击，在快捷菜单中单击“编辑定义”，如图21所示设置，单击“确定”按钮。结果如图22所示。图26 2秒钟时的位移状态图25 将步长设为2秒图24 2秒钟时的应力状态图23 将步长设为2秒图18 设置结束时间为3秒图19 将步长设为1秒图20 1秒钟时的应力状态图21 将步长设为1秒图22 1秒钟时的位移状态99CAD/CAM与制造业信息化2009年第10期栏目主持：黎艳投稿信箱：L2）双击“应力1(-von Mises-)”以显示图解。右击，在快捷菜单中单击“编辑定义”，如图27所示设置，单击“确定”按钮。结果如图28所示，可以看到结合面受力最大。3)双击“位移1（-X位移-）”显示位移图解。右击，在快捷菜单中单击“编辑定义”，如图29所示设置，单击“确定”按钮。结果如图30所示，此时已装配到位，降至室温（24）。6.生成算例报告至此，我们完成了轴承装配工艺过程的非线性分析模拟。图27 将步长设为3秒图28 3秒钟时的应力状态图29 将步长设为3秒图30 3秒钟时的位移状态