基于SolidWorks设计及有限元分析在机械工程中的应用(一)

jxly1101 · 发表于 2012-4-15 15:20:41

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作者：周学斌，何东升，黄大新，杨秀琴来源：网络
一、引言
　　南阳锐欣石油机械公司的工程技术人员在近几年的设计技术应用中不断将现行的优秀设计软件应用在实际产品的设计中，从以前的手工制图，到现在利用多种设计软件如AutoCAD软件、SolidWorks软件、Pro/E软件等，通过不断将这些软件应用在工作中，大大减少了设计失误，提高了设计效率，降低了设计成本，缩短了设计周期，更好的有益于企业产品质量与效益的提高。
　　在这些现代机械设计软件中，我们可以更好的利用先进的设计理论与方法极大的提高设计时效。与以往的手工制图相比，现代设计软件完全可以实现设计结论展现设计思想，设计过程体现设计思路。设计分析查找设计失误，设计报告验证设计成果。为了更好的验证设计成果，需要对所设计的产品进行有限元分析。在当前的许多设计软件中有的能够自身进行有限元分析，如SolidWorks软件、Pro/E软件等，还有专门用于有限元分析的软件，如ANSYS、NSTRAN等，但是由于这些专业分析软件的机械CAD功能相对较差，往往难以完成复杂模型的建模与分析，因此大大影响了工作效率。而SolidWorks拥有功能强大的机械CAD模块，且有较好的零件连接性能，还拥有更全面性的工具，可以推动产品的创新，以及通过Intemet与人员和信息实现互通功能，再利用其系统提供的有限元分析模块，就可以方便、快捷的完成有限元分析的前处理工作，然后将建好的有限元模型导入到相应的仿真分析插件中进行分析、计算、再优化、形成结论。还可以验证设计中的错误，检查装配零部件的干涉情况，大大提高个人乃至整个有限元分析工作过程的效率。本文就泥浆罐的参数化设计及个别重要零部件为例，来说明SolidWorks软件设计的方便性与高效性。
　　二、SolidWorks的设计特点
　　SolidWorks具有强劲的实体建模能力和易用友好的Windows界面，形成了三维产品的设计标准。机械工程师不论有无CAD使用经验，都能用SolidWorks提高工作效率，使企业以较低的成本、更好的质量更快将产品投放到市场。而且SolidWorks对中文和GB规范具有较好的支持，使国内机械工程师使用起来更为方便。SolidWorks软件具有以下几个特点：
　　1.设计快。相对于传统的CAD软件，So1idworks直接对三维实体产品进行设计，因此能够直观的查看产品的造型，而不是传统的画三视图，靠大脑重新构造产品的外观、减少了出错的机会，方便设计师集中精力设计模型的空间结构，在确定产品尺寸后再形成工程图。这种设计方法大大的提高了设计速度。
　　2.参数化。在传统的CAD设计中，设计师必须定义尺寸的大小，确定尺寸的几何关系，再绘制二维图形，而且调整尺寸麻烦，调整图形后需要手工更改标注。而SolidWorks在设计中可以先简单的绘制图形，不需要精确定义尺寸，通过定义标注形成函数关系或智能标注命令，将图形进行确定，如果修改尺寸，图形就作相应的更改，更直观的体现了设计师的设计意图。
　　3.工程仿真。SolidWorks不仅可以绘画零件模型，而且可以对零件模型进行工程仿真。利用SolidWorks中的SimulationXpress和SimulationWorks插件进行零件的仿真分析。在工程仿真中可以对零件的应力进行分析，检查零件的应力变化、位移变化、应变变化并形成仿真报告，以备设计师们确定最终设计方案。
　　三、SolidWorks的设计工作流程及参数化建模
　　利用SolidWorks软件进行产品的三维设计，设计师必须了解该软件的设计工作流程，就是说设计师在设计零部件的过程中要对零部件形成的过程有一个比较流畅的设计思路，明确先大局，后小节;先整体，后细节的产品形成流程。下面就泥浆罐的整体设计流程及建模过程作简单介绍，以便更好了解整个软件的实际应用。
　　1.泥浆罐的底座部分的设计。因为此部分的零部件都是钢结构件，对底座中的每一个零部件都要求先进行建模，然后再形成装配图，形成后的底座装配图又町以作为整个泥浆罐的一个零部件进行调用。
　　

　　2.泥浆罐上边框的设计。上边框的设计过程同样要求先对各零部件进行建模，然后再进行上边框的装配，以便为最终泥浆罐的总装打好基础。
　　3.上吊装件的设计。上吊装件是泥浆罐的重要零部件，因为它在整个产品的实际应用中必须具有可靠的设计依据及安全系数，所以在该零部件的形成过程中要对其进行可靠性设计验证，并对设计进行优化。后面将对上吊装件的设计及分析过程进行全面分析。
　　4.泥浆罐系统的整体设计。通过完成对泥浆罐各需部件的独立设计后，再形成子级零部件，然后形成整套泥浆罐的组装，不但快速的完成了设计过程，而且形成了可视化的参数设计零件，为整套罐的设计缩短了时间，也为以后同类型的产品建立了设计调用的依据，为个别零部件的优化及改型提供了基础。
　　

　　通过整套泥浆罐的设计，了解到在用SolidWorks软件进行产品的设计过程中，必须对产品的形成过程要有很好的设计流程观念，使得设计过程流畅，设计思路清晰，设计产品可靠。
　　相对于以往的二维CAD设计过程，可以发现产品在形成过程中设计的零部件是可视化的，产品一目了然。当然不管用什么软件进行二维或三维产品的设计，在总体上都要求为各零部件进行精确的定义，才能为产品的最终成型创造条件。利用SolidWorks进行三维设计同样要求按照软件设计的产品成型设计流程进行一步一步的建立。在对SolidWorks中的零部件进行的建模中，在总体上可以将其分为以下流程进行建立。
　　

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