11-2拨叉压力载荷和振动频率分析

ByYushen基于中望3D与中望CAD的CADCAM技术项目十一有限元分析任务一输入轴扭矩载荷分析任务二拨叉压力载荷和振动频率分析项目十一有限元分析知识目标：1.进一步掌握结构仿真基本原理；2.熟练掌握零件静力学仿真和频率仿真方法；3.进一步掌握材料、约束、载荷、网格等对结果的影响；能力目标：4.能够运用交运算建立零件模型；5.能够根据要求对零件进行静力学仿真和频率仿真；6.能够用对比方法分析仿真结果；素质目标：7.通过对比分析仿真结果，培养逻辑思维；8.通过对零件仿真操作，培养执着专注的工匠精神。任务目标ByYushen01任务导入如图11-2-1所示拨叉，基本形状为对称结构，其中一侧作了抽壳轻化处理，为分析轻量化设计对变形和应力的影响，进行静力学仿真和频率仿真，具体要求为：(1)拔叉材料为某型号结构钢，密度7800kg/m3，泊松比0.28，弹性模量2.06E+11N/m2;(2)拨叉φ36孔柱面为装配面，设定为【滚轴/滑块】约束；对【静力1】和【频率1】对实心侧φ12孔柱面设定【固定约束】；对【静力2】和【频率2】对抽壳侧φ12孔柱面设定【固定约束】(3)对【静力1】对抽壳侧φ12孔柱面设定100N压力；对【静力2】对实心侧φ12孔柱面设定100N压力；压力方向均指向对称轴；请为上述拨叉划分适当的网格，进行受力分析和频率分析，填写表11-2-1仿真数据对比表。ByYushen01任务导入图11-2-1拨叉ByYushen01任务导入任务名称仿真条件仿真结果（最大值）材料约束载荷总位移/mm平均等效应力静力1结构钢：密度7800kg/m3，泊松比0.28，弹性模量2.06E11N/m2φ36：滚轴/滑块实心侧φ12：固定约束抽壳侧φ12：100N压力

静力2φ36：滚轴/滑块抽壳侧φ12：固定约束实心侧φ12：100N压力

频率1φ36：滚轴/滑块实心侧φ12：固定约束

频率2φ36：滚轴/滑块抽壳侧φ12：固定约束

表11-2-1仿真数据对比表ByYushen02任务分析线性静力分析是一种力学分析方法，本例中当外部载荷应用于拔叉上时，会引起拔叉的内力和反作用力，使拔叉内部达到静力平衡。模态分析是研究结构动力特性的一种方法，一般应用在工程振动领域。其中，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率和模态振型。本案例通过对拔叉的仿真，来了解中望仿真的模态分析的步骤。本例通过只改变拨叉的约束方式，来探讨结构对零件力学性能的影响，同样的，读者也可以探讨材料、载荷、约束等对力学性能的影响。具体步骤分解如下：ByYushen03任务步骤绘制模型静力仿真频率仿真仿真数据对比表结果分析绘制模型03任务步骤a.XY面草图：【草图】：XY面绘制草图1

03任务步骤绘制模型b.YZ面草图：【草图】：YZ面绘制草图草图2

03任务步骤c.拉伸造型：【拉伸】：草图1对称；【拉伸】30；草图2对称拉伸25，交运算。绘制模型03任务步骤绘制模型d.分割抽壳：【分割】：用XY面分割造型；【抽壳】半边部分抽壳，厚-1，开放面为外侧面。03任务步骤绘制模型

e.合并整理：【添加实体】：合并两个实体；【圆角】：全部圆角0.5。03任务步骤结构仿真a.新建仿真任务：【单位管理】设置单位【MMKS】；【新建结构仿真任务】选取【静力学>静力】即在绘图区建立页面【静力1】，同时在管理器区建立仿真树【静力1】。【新建材料】命名为【结构钢】，参数如图。（详细过程与本项目任务一相同，本处简化过程。）03任务步骤结构仿真b.约束/载荷设置：【固定约束】：选择实心侧φ12孔柱面；【滚轴/滑块】：选择拨叉φ36孔柱面；【机械载荷】：选择抽壳侧φ12孔柱面；【值】输入100N；【方向】选择-Z轴（指向实心侧）；点击【√】。03任务步骤结构仿真c.生成网格：使用默认参数，生成网格；运行计算：自动计算。显示最大总位移为0.01582mm。03任务步骤结构仿真d.新建静力仿真2：右击仿真树【静力1】，在快捷菜单中单击【复制】，即在绘图区建立页面【静力1-Copy】，同时在管理器区建立仿真树【静力1-Copy】。右击任一处【静力1-Copy】，【重命名】为【静力2】.右击仿真树【静力2>约束>固定约束】，单击【编辑】，打开【固定几何】对话框：删除原实体，选择抽壳侧φ12孔柱面；右击仿真树【静力2>机械载荷>力载荷】，单击【编辑】，打开【力】对话框：删除原实体，选择实心侧φ12孔柱面；单击方向转换图标。编辑参数前可右击结果，删除原计算结果。重新计算结果：显示最大总位移为0.008371mm。03任务步骤结构仿真e.插入草图：新建频率仿真任务：单击【仿真>仿真任务>

】：在打开的对话框【新建结构仿真任务】中单击【模态>频率】，点击√完成新建。即在绘图区建立页面【频率1】，同时在管理器区建立仿真树【频率1】。03任务步骤f.设置参数：（与静力1相同）【编辑材料】：直接调用【本地>default>结构钢】【固定约束】：选择实心侧φ12孔柱面；【滚轴/滑块】：选择拨叉φ36孔柱面；生成网格；运行计算。双击各振型总位移，查出最大位移为12.28。结构仿真03任务步骤g.新建频率仿真2：复制【频率1】，【重命名】为【频率2】；右击【结果】点删除；编辑固定约束，在【固定几何】对话框：删除原实体，选择抽壳侧φ12孔柱面；重新计算结果：显示最大总位移为6.082mm。结构仿真03任务步骤结果分析a.填写数据：任务名称仿真条件仿真结果（最大值）材料约束载荷总位移/mm平均等效应力/MPa静力1结构钢：密度7800kg/m3，泊松比0.28，弹性模量2.06E11N/m2φ36：滚轴/滑块实心侧φ12：固定约束抽壳侧φ12：100N压力0.15196.958静力2φ36：滚轴/滑块抽壳侧φ12：固定约束实心侧φ12：100N压力0.079852.549频率1φ36：滚轴/滑块实心侧φ12：固定约束

12.28(1342.18Hz)

频率2φ36：滚轴/滑块抽壳侧φ12：固定约束

6.082(951.709Hz)

表11-2-2仿真数据对比表03任务步骤结果分析b.结论：①通过静力仿真和频率仿真数据对比，可以看出：固定抽壳侧比固定实心侧可以减小约一半的总位移值，平均等效应力则减少更多；②轻量化分析：质量查询：历史管理器拖动【建模停止】到【组合1添加】之前，再进行质量查询：单击【查询>检查建模>质量属性】，在【质量属性】对话框中设置【自定义】密度类型，密度设为7800千克/米3，可以查询到抽壳侧质量为0.06kg，实心侧质量为0.16kg。从质量和仿真数据对比来看，轻量化对性能的提升作用明显。03任务步骤素养园地：执着专注，持续优化执着专注也是工匠精神的关键要素。中望3D团队多年来专注于三维CAD/CAE/CAM技