基座支架变形分析及应力评估

基座支架是用来将桌子腿部固定在地面的一个装置，如图2-63所示。

本练习将分析基座支架常规工况在载荷作用下的应力及变形。

本练习将应用以下技术：

● 网格控制。

● 应力奇异性。

● 结果比较。

基座支架的一侧以一根螺栓连接到地面。竖直面则通过两根螺栓连接到桌子腿部。

当桌子腿部沿着X方向进行±0.5mm的强制位移时，分析基座支架的应力。

提示

正负两个方向的位移都是相当大的，正常情况下不会发生。

首先分析桌子腿部沿着X正向移动时的应力，约束工况如图2-64所示。

图2-63 基座支架模型

图2-64 约束工况

操作步骤

步骤1 打开零件

从文件夹“SolidWorks Simulation\Lesson 02\Exercises\C-bracket”中打开基座支架零件bracket。

步骤2 设定选项

设定【单位系统】为【公制（I）（MKS）】，【长度/位移】的单位为【毫米】，【压力/应力】的单位为【N/m²】（Pascals）。选择【颜色图表】，设定【数字格式】为【科学】，【小数位数】为【2】。选择【为von Mises图解指定大于屈服应力的值的颜色】，保持默认的颜色为灰色不变。

选择【结果】，设定【默认解算器】为【自动】。

步骤3 创建一个算例

创建一个新的静态算例，命名为“stress analysis x+”。

步骤4 应用材料

从SolidWorks material库中为模型指定材料【chrome stainless steel】。

步骤5 添加夹具

本算例忽略沿槽口方向的摩擦，只在螺栓头与支架接触的表面之间添加位移为零的约束。对如图2-65所示的4个表面添加【在平面上】的夹具。设定【垂直于面】的平移为0。重命名夹具为“Bottom bolt”。

图2-65 添加夹具

步骤6 应用夹具

对螺栓头与竖直面相接触的4个表面添加【在平面上】的夹具，如图2-66所示。重命名该夹具为“Top bolts-1”。

步骤7 施加位移

【在平面上】的夹具定义中选择两个表面，指定它们的法向位移为0.5mm。选择图2-67中标记的表面来指示方向。

图2-66 应用夹具

图2-67 施加位移

重命名该夹具为“Top bolts-2”。

步骤8 划分网格

在【网格参数】下选择【基于曲率的网格】。使用默认单元大小划分网格，如图2-68所示。

步骤9 运行分析

步骤10 图解显示结果

图解显示最大位移为0.5mm，和输入的值一样，如图2-69所示。

图2-68 划分网格

(www.xing528.com)

图2-69 位移结果显示

步骤11 检查图解

从图2-70中可以看到，在低处的螺栓和锐边处应力很高。模型发生了明显的屈服，在图中以灰色显示，在颜色指示段中屈服箭头显示了具体位置。

零件在螺栓周围发生屈服，并且在竖直背面和斜面相交的尖锐拐角处发生屈服。

图2-70 应力结果显示

步骤12 重新划分网格

以更加精细的网格重新划分该模型。向右拖动网格尺寸滑动条，并重新划分网格。现在，在厚度方向拥有两层单元，如图2-71所示。

提示

读者在本课程后面将学习到，如果想在弯曲区域获得理想的应力结果，则在厚度方向至少需要两层固体单元。

图2-71 重新划分网格

步骤13 运行分析

选择解算器为自动，实际会调用FFEPlus为解算器。

步骤14 查看图解

从图2-72中可以看到，应力结果和粗糙网格几乎一样，在螺栓和尖锐拐角附近仍然存在屈服。

图2-72 应力结果显示

步骤15 复制算例

将新算例命名为“stress analysis x-”。

步骤16 更改位移方向

编辑夹具Top bolts-2，切换到相反的方向，在槽口另一侧的两个表面应用平移条件。由于是想模拟推而不是拉的动作，因此位移是沿X的负方向，如图2-73所示。

步骤17 运行分析

以精细网格运行该算例。

图2-73 更改位移方向

提示

不需要再进行网格划分，因为模型并没有变化。

步骤18 检查结果

内侧表面的应力和+X方向移动所产生的应力看上去十分相似，然而，在背面还可以发现一处新的屈服，如图2-74所示。

图2-74 应力结果显示

从这些结果中可以看到，需要加厚材料以避免屈服。然而需要指出的是，支架承受了非常大的位移，此情况并不会时常发生。

步骤19 探测结果

通过探测背面屈服区域的几个点，可以看到应力值大约为200MPa，如图2-75所示。

图2-75 查询屈服区域的应力

步骤20 探测表面应力

在【探测结果】中，选择【在所选实体上】，然后选择所需的表面，再单击【更新】。在所选表面上，从摘要信息中可以得到最大应力为351MPa，如图2-76所示。

图2-76 探测表面应力

步骤21 结论

基于已有的分析，得出该支架在当前配置下强度不足的结论。可以考虑更改设计以避免屈服，通过增加材料厚度来承受施加的位移。

然而，由于施加的位移非常大，发生的概率很低，而应力最大值224MPa也很接近材料的屈服强度，因此该支架的设计是合理的。

步骤22 保存并关闭文件