COSMOSWorks Designer培训教程教案讲义第5章

COSMOSWorks Designer培训教程教案讲义第5章 杭州新迪数字工程系统有限公司SolidWorks中国社区（.3dpower.）授权发布COSMOSWorksxx基础教程COSMOSWorks Designer57第5章虎钳的接触/缝隙分析学完本章，读者将掌握如下内容?完成对装配件的结构分析；?使用接头类型的制约；?应用全局和局部接触/缝隙条件。 杭州新迪数字工程系统有限公司SolidWorks中国社区（.3dpower.）授权发布第5章COSMOSWorksxx基础教程COSMOSWorks Designer虎钳的接触/缝隙分析58工程描述工程描述在本章中，我们分析一个简单的手工具，它包括四个部分两个相同的钳臂、一个合叶销和一块被虎钳夹住的平板。 我们的目标是计算当一个50磅的“挤压”力作用在钳臂的末端时，钳臂上的应力分布。 我们既不对钳臂与合叶销之间的接触应力感兴趣，也不对钳臂与平板之间的接触应力感兴趣。 因此，可以通过合适的制约条件取代合叶销和平板，以达到简化模型的目的。 接触/缝隙分析1打开装配件打开SolidWorks的装配件文件“pliers”。 2压缩合叶销和平板从SolidWorks特征管理器中压缩这两个组件，然后切换到COSMOSWorks环境。 3创建研究创建名为“pliers”的研究。 （【静态】分析，【实体】网格）。 注意在【实体】文件夹中有两个部分，是因为在装配件中有两个零件需要分析。 为装配件指定材料可以为装配件的各个零件指定相同的或不同的材料。 按下列任一操作，为零件指定材料?右击【实体】并选择【应用材料到所有】，即可将所有零件指定同种材料。 ?若给每个零件单独指定材料（装配件的每个零件均可拥有不同材料属性），可右击“arm-1”或“arm-2”，然后选择【应用/材料】。 杭州新迪数字工程系统有限公司SolidWorks中国社区（.3dpower.）授权发布COSMOSWorksxx基础教程COSMOSWorks Designer第5章虎钳的接触/缝隙分析接触/缝隙分析594为零件指定材料两条钳臂均为【合金钢】材料。 5施加固定制约条件在两个钳口处定义【固定】或【不可移动】的制约条件。 该制约条件能在受挤压的平板被压缩情况下，模拟虎钳对板的作用。 6对手柄施加作用力对两个手柄均施加50磅的力，注意分割面有助于定义载荷。 在【力】窗口，选择【应用正常力应用正常力】（编者注正常力为法向力）。 合叶销为了模拟合叶销的作用，要求两个钳臂上的圆柱孔在模型变形时仍保持同轴。 这一条件允许两钳臂间的相对转动，它起到了一个“看不见的销钉”的作用。 销钉接头7使用联结销定义销连接件右击【载荷/制约】并选择【接头】。 从类型中选择【销钉】。 从其中一个钳臂中选择其圆柱面作为【零部件1的圆柱面】，并选择另一个钳臂的圆柱面作为【零部件2的圆柱面】。 最好通过装配件的爆炸图完成这项选择。 在【接头】窗口，选择【类型】下的【无平移】。 它表示所选面可以发生相对转动，但不能产生平移。 单击【确定】。 杭州新迪数字工程系统有限公司SolidWorks中国社区（.3dpower.）授权发布第5章COSMOSWorksxx基础教程COSMOSWorks Designer虎钳的接触/缝隙分析60接触/缝隙分析我们已经定义了载荷和制约，但是还没有准备开始对装配件划分网格。 定义接触选项注意在网格图标上方有一个名为【接触/缝隙】的新图标。 当COSMOSWorks分析一个装配件时，该图标总是存在的（除优化研究外）。 我们通过该图标定义装配件的零件是如何相互作用的。 处理模型之前，先了解定义零件相互作用时的相关选项。 右击【接触/缝隙】并选择【设定全局接触】，【全局接触全局接触】窗口随即出现了。 【全局接触】窗口指定了如何处理装配件中的接触面问题。 也可以越过全局条件，而为所选的一对接触面或一对零件定义不同的局部接触条件。 可选项有【接合】、【自由】和【无穿透】，它们在以下的图表中有所解释接合接触自由接触无穿透接触整体接触类型描述接触面接合默认的选项，当接触面合并在一起且把装配件看成是一个整体时，选择该项。 如果接触面设为【接合】，则单个零件与装配件之间唯一的区别在于对于装配件的各个零件，可以分配不同的材料属性，而对于作为整个模型的单个零件，材料属性是相同的。 接触面自由当装配件是由一组独立的零件构成，且相互之间没有结构上的连接时，选择该项。 接触面节到节当接触面可以互相分离，但不能彼此进入对方时，选择该项。 此时，接触面必须具有相同的形状两个平面、两个具有相同半径的圆柱面、或具有相同半径的球面，这些面必须具有共同的区域，但不必是一模一样的。 在本例中的虎钳中，有一对接触面。 杭州新迪数字工程系统有限公司SolidWorks中国社区（.3dpower.）授权发布COSMOSWorksxx基础教程COSMOSWorks Designer第5章虎钳的接触/缝隙分析接触/缝隙分析618设置整体接触选项为了允许模型因加载而产生变形时钳臂有相对的移动，应该设定【全局接触】条件为【自由】，通过右击【接触/缝隙】并选择【设定全局接触】，然后选择【自由】。 单击【确定】。 当然，只有确保在分析过程中这些面不会相互接触，该设置才是有效的。 提示本章中，也可以设置【全局接触】条件为【节到节】。 【节到节】条件允许接触面之间的相对滑动，但不允许相互进入。 【节到节】条件也适用于一个作用力推动钳臂使之互相挤压的情况。 但是因为不存在这样的作用力，所以【节到节】节到节】条件不必要地增加了模型的复杂性。 9划分网格将【全局接触】条件设置为【自由】后，我们开始着手对装配件划分网格了。 使用默认的大小为0.19英寸的单元对装配件划分网格。 注意划分网格必须在完成接触条件的定义后进行。 10运行分析11切换到爆炸视图使用SolidWorks的PropertyManager切换到爆炸视图。 12图解显示von Mises应力我们希望了解模型是否有超过20,000psi的von Mises应力存在，这是我们的设计许用应力。 为了了解von Mises应力是否超过最大值在【应力】结果文件夹中，右击【解图解1】并选择【显示】。 当图形显示出来后，右击【图解1】并选择【图表选项】。 在【图表选项】中，选择【定义】，然后输入最小应力为00，最大应力为20,000psi。 点击【确定】。 右击【解图解1】并选择【设定】，然后选择【离散】作为【边缘选项】。 单击【确定】。 观察装配件结果应力超过20,000psi的区域用红色显示出来。 注意爆炸图为浏览装配件的分析结果提供了方便，尤其当零件阻碍了浏览正常结果图的视线时。 另外一种浏览装配件的结果图的方法是隐藏某些装配零件。 13隐藏其中一个钳臂14定义一个钳臂的应力分布图切换到COSMOSWorks并右击应力然后选择【定义】。 杭州新迪数字工程系统有限公司SolidWorks中国社区（.3dpower.）授权发布第5章COSMOSWorksxx基础教程COSMOSWorks Designer虎钳的接触/缝隙分析62接触/缝隙分析提示在隐藏了一条钳臂后，也可以使用现有的图形。 在【图表选项】中，选择【显示最大值注解】。 对于所显示的钳臂，最大应力所在的位置和大小被标记出来了。 如果最大应力的位置恰巧位于另一条被隐藏的钳臂上，那么注解仍会指向被隐藏的钳臂，看起来就象“漂浮在空中”一样。 正常使用虎钳时，如在手柄上施加50磅的力，产生的最大von Mises应力为28,000psi。 单凭双手施加这样大的载荷也许是困难的。 28,000psi的应力对于虎钳所用的材料来说是可以接受的，该材料的屈服应力大约是90,000psi。 当用虎钳挤压一块0.2英寸厚的平板时，我们希望了解其最大应力。 最大应力对应于手柄闭合时的情况。 15显示隐藏的钳臂16创建位移图为了了解使手柄末端合到一起所需要的力，我们需要创建一个关于y方向位移分量的位移分布图。 右击【位移】并选择【定义】定义】，【位移图解】图形窗口随之出现。 选择UY作为位移分量，并在【变形形状】变形形状】下选择【定义】。 该选项允许手动设置显示的【比例因子】比例因子】。 为了感知真实的变形大小，将【比例因子】设为1。 单击【确定】。 所需的力我们看到在作用力下，每个手柄的末端移动了0.021英寸，相应地，两手柄末端的距离减少了0.0420英寸。 因为最初的距离为0.6英寸，因此力的大小必须根据以下因子增加0.6in./0.0420in.=14.3这是基于线性分析的假设，即结构的响应与所加的载荷成比例。 杭州新迪数字工程系统有限公司SolidWorks中国社区（.3dpower.）授权发布COSMOSWorksxx基础教程COSMOSWorks Designer第5章虎钳的接触/缝隙分析分析确定模型可能的最大应力63分析确定模型可能的最大应力17创建新的研究将研究“pliers”复制到名为“pliers max”的新研究中。 力的大小为715.0(14.3x50=715).18运行分析19绘制von Mises应力图绘制von Mises应力分布图，变形比例设为1。 为了了解模型的哪一部分应力会超过【合金钢】材料的屈服应力，在【图表选项图表选项】中的【显示选项】下，选择【定义】从0到90,000。 在同一【图表选项】中，也可以改变结果显示的格式。 为【数字格式】选择【浮动】，为【小数数】选择0。 单击【确定】。 红色区域表示该处von Mises应力超过90,000psi。 显然，两条钳臂大部分区域的应力都超过了屈服应力。 作为接触问题解算我们也可以用不同的方法对手柄闭合的虎钳进行分析。 我们不再计算使手柄合拢所需要的力的大小，而是施加一个肯定能导致手柄合拢的作用力，并将其作为一个接触问题来处理。 通过定义恰当的接触条件，确保手柄能闭合到一起，但不会彼此进入。 虎钳的接触研究20创建新的研究复制研究“pliers”到新的研究“pliers contact”。 21定义作用力力的大小为2000lb。 基于对肯定能导致钳臂闭合的力的大小的粗略估计，我们给出了上述一个任意值。 杭州新迪数字工程系统有限公司SolidWorks中国社区（.3dpower.）授权发布第5章COSMOSWorksxx基础教程COSMOSWorks Designer虎钳的接触/缝隙分析64接触层次接触层次如同前两个研究，全局【接触/缝隙】条件保持不变（【自由】），但局部地，我们将越过全局条件。 如下的金字塔图形象地展示了全局、零部件和局部的【接触/缝隙】条件的层次关系。 接触的高精度层接触的低精度层局部零部件全局整体条件位于单体条件之下，并且二者都位于局部条件之下。 22定义接触设置为定义两个手柄末端的接触区，我们使用两个位于手柄内的小对接面定义接触对。 右击【接触/缝隙】并选择【定义接触设置定义接触设置】。 在【接触设置】窗口，选【无穿透】作为所需的接触类型。 【无穿透】是最常用的接触类型。 两个面无须选相同的类型。 例如，可以是一个平面与一个圆柱面的接触。 而且，两个面在开始时不必互相接触，对于面接触，可以存在最初的缝隙。 点击其中一个面定义为【源的面、边线、顶点】，点击另一个面定义为【目标的面目标的面】。 提示无论哪个面均可作为源或目标面。 单击【确定】。 接触定义和网格划分现在【接触/缝隙】图标是一个包含我们刚刚定义的局部【接触/缝隙】条件的文件夹。 为了【接触/缝隙】条件，右击【接触/缝隙】并选择【定义】。 提示定义局部接触条件，或更一般的情况下，对接触条件的任何改变均需重新进行网格划分。 杭州新迪数字工程系统有限公司SolidWorks中国社区（.3dpower.）授权发布COSMOSWorksxx基础教程COSMOSWorks Designer第5章虎钳的接触/缝隙分析总结6523划分网格用默认的单元大小划分网格。 24运行分析25图解显示von Mises应力分析结束后，创建von Mises应力分布图，使用离散的色彩条纹值，并显示网格，并设置应力等级从0到90,000psi。 这个结果与我们在研究“pliers max”中所见的结果十分相似。 接触应力在手柄闭合后，进一步增加作用力除了提高手柄接触面上的接触应力之外，没有其它的效果了。 问:我们能分析这些接触应力吗？答:不能，因为接触区的单元尺寸与接触面的面积相比而言太大了，这一比较从侧视图中看得很明显。 两个手柄仅沿边缘接触，因此，接触应力不能准确的模拟。 要建立精