SolidWorks Simulation Xpress应用：传动臂应力分析

SolidWorks为用户提供了初步的应力分析工具——SolidWorks SimulationXpress，利用它可以帮助用户判断目前设计的零件是否能够承受实际工作环境下的载荷，它是SOLIDWORKS SimulationWorks产品的一部分。SolidWorks SimulationXpress利用设计分析向导为用户提供了一个易用的、一步一步的设计分析方法。向导要求用户提供用于零件分析的信息，如材料、约束和载荷，这些信息代表了零件的实际应用情况。

下面通过研究传动臂的应力分析来说明SolidWorks SimulationXpress的应用，如图7-3所示。

图7-3 传动臂受力分析

传动臂在安装孔的位置安装轴，形成一对传动臂的一个“约束”。当转动手柄旋转传动臂时，有一个作用力作用在摇把安装孔上，这就是“载荷”。这种情况下，会对传动臂造成什么影响呢？传动臂是否变形？是否会折断？这个问题不仅依赖于传动臂零件所采用的材料，而且还依赖于它的形状、大小以及载荷的大小。

参见光盘

光盘\视频教学\第7章\传动臂应力分析.avi

SolidWorks SimulationXpress设计分析向导可以指导用户一步一步地完成分析步骤，这些步骤包括：

选项设置：设置通用的材料、载荷和结果的单位体系，还可以设置用于存放分析结果的文件位置。

夹具设置：选择面，指定分析过程中零件的约束信息——零件固定的位置。

载荷设置：指定导致零件应力或变形的外部载荷，如力或压力。

材料设置：从标准的材料库或用户自定义的材料库中选择零件所采用的材料。

分析：开始运行分析程序，可以设置零件网格的划分程度。

查看结果：显示分析结果为最小安全系数(FOS)、应力情况和变形情况，这个步骤有时也称为“后处理”。

启动SolidWorks SimulationXpress

选择菜单命令“工具”→“SimulationXpress”，如图7-4所示。或单击“评估”选项板中的“SolidWorks SimulationXpress分析向导”按钮，SimulationXpress向导随即开启，如图7-5所示。

图7-4 选择SimulationXpress

图7-5 设计分析向导

图7-6 设置选项

单击按钮，进入“夹具”标签，如图7-7所示。

设置夹具

“夹具”标签，用来设置约束面。零件在分析过程中保持不动，夹具约束就是用于“固定”零件的表面。在分析中可以有多组夹具约束，每组约束中也可以有多个约束面，但至少有一个约束面，以防由于刚性实体运动而导致分析失败。

单击按钮，弹出“夹具”属性管理器。并在图形区域中选择传动臂安装孔上轴孔的4个面，单击“确定”按钮，完成夹具约束。如图7-8所示。系统会自动创建一个夹具约束的名称为“固定1”。添加完夹具约束后的“SimulationXpress算例树”如图7-9所示。

“夹具”标签显示界面如图7-10所示。在这里可以添加、编辑或删除约束。尽管SolidWorks SimulationXpress允许用户建立多个约束组，但这样做没有太多的价值，因为分析过程中，这些约束组将被组合到一起进行分析。

单击按钮，进入“载荷”标签。如果正确完成了上一个步骤，在设计分析向导的相应标签上会显示一个“通过”符号。

图7-7 “夹具”标签

图7-8 设置约束面

设置载荷

“载荷”标签如图7-11所示，用户可以在零件的表面上添加外部力和压力。SolidWorks SimulationXpress中指定的作用力值将分别应用于每一个表面，例如，如果选择了3个面，并指定作用力的值为500N，那么总的作用力大小将为1500N，也就是说每一个表面都受到500N的作用力。

图7-9 SimulationXpress算例树

图7-10 管理夹具约束

图7-11 设置载荷

选择作用于传动臂上的载荷类型为“”，在图形区域中选择传动臂上手柄的安装孔面。选择“选定的方向”单选框，然后从FeatureManager设计树中选择“上视基准面”作为选择的参考基准面；在载荷输入框中输入力的大小为300N，如图7-12所示。此时“载荷”标签显示界面如图7-13所示。在这可以添加、编辑或删除载荷。

图7-12 设置载荷(www.xing528.com)

图7-13 管理载荷

设置材料

当完成前一个步骤设定后，单击按钮后分析向导会进入到下一标签，如图7-14所示。

“材料”标签用来设置零件所采用的材料，可以从系统提供的标准材料库中选择材料。在材料库文件中选择传动臂的材料为“铁”→“可锻铸铁”，单击“应用”按钮，将材质应用于被分析零件，如图7-15所示。

经过以上步骤后，SolidWorks SimulationXpress已经收集到了进行零件分析的所必需的信息，现在可以计算位移、应变和应力。单击按钮，界面提示可以进行分析，如图7-16所示。

运行分析

在“分析”标签中单击按钮开始零件分析。这时将出现一个状态窗口，显示出分析过程和利用的时间,如图7-17所示。

查看结果

可以通过“结果”标签显示零件分析的结果，如图7-18所示。在此标签中可是播放、停止动画。观察后单击，弹出如图7-19所示的对话框。默认的分析结果显示是安全系数（FOS），该系数是材料的屈服强度与实际应力的对比值。SolidWorks Simulation Xpress使用最大等量应力标准来计算安全系数分布。此标准表明，当等量应力（vonMises应力）达到材料的屈服强度时，材料开始屈服。屈服强度是材料的力学属性。SolidWorks SimulationXpress对某一点安全系数的计算是屈服强度除以该点的等量应力。

图7-14 设置材料

图7-15 设置零件材料

图7-16 可以进行分析

图7-17 分析过程

图7-18 结果

可以通过安全系数，检查零件设计的是否合理。

某位置的安全系数小于1.0，表示该位置的材料己屈服，设计不安全。

某位置的安全系数为1.0，表示该位置的材料刚开始屈服。

某位置的安全系数大于1.0，表示该位置的材料尚未屈服。

显示应力分布。单击按钮，零件的应力分布云图显示在图形区域中。单击“播放”按钮，可以以动画的形式播放零件的应力分布情况；单击“停止”按钮，停止动画播放，如图720所示。

图7-19 结果

图7-20 应力结果

显示位移。显示零件的变形云图。同样可以播放、停止零件的变形云图。

生成报告结果。单击按钮，进入报告结果部分，如图7-21所示。可以保存一份结果的报表来进行存档。

生成报表：生成Word格式的分析报告，生成的报告可以在最初设置的结果存放文件夹下找到，如图722所示。

eDrawing分析结果：可以通过SolidWorks eDrawings打开的报告。如图723所示。

单击按钮，弹出“另存为”对话框，选择要保存的路径，并保存SolidWorks SimulationXpress分析数据。

图7-21 设置报告参数

图7-22 Word格式的分析报告

图7-23 SolidWorks eDrawing分析结果