SimSolid在扳手受力分析中的应用

1 问题描述

要分析的扳手模型如图，模型由前后两部分组成，一部分为不锈钢管，管前端与各类接头相连，后部为7075铝合金，具有电子设备仓，手握后部把手处施力。需要通过受力分析，确定该把手结构手握处能允许的最大受力。

由于有结构复杂的电子设备仓，用传统有限元方法在网格划分时会遇到几何处理难和网格数量大的困难，这在很多有限元分析问题中都是常见的问题。使用SimSolid无网格法分析，轻松避免了这些问题，提升了产品设计效率。

2 分析过程

首先，导入几何模型、建立材料数据并赋予材料属性。

SimSolid在几何导入时能根据用户设置的间距值自动建立接触约束。这里接触类型都选择默认的绑定约束。

因为要分析的问题是一个静力问题，所以建立结构线性分析步。

在圆管的外端面建立固定约束。

在手握处根据实际情况施加轴承载荷（bearing load）。轴承载荷会在圆柱面上建立非均匀的压力分布。SimSolid施加轴承载荷非常方便，可以通过矢量方向定义力的方向，并且可以通过角度来设置圆柱面上受力的范围。

手握处一共有四个圆柱面，给每个圆柱面施加一个x轴正向的、作用角度60°的一个轴承载荷。因为最大受力是未知的，所以将每个圆柱面的受力大小先假定为25N进行试算，即四个圆柱面总受力为100N。

四个圆柱面的轴承载荷均已设置完。这时几何、材料、分析类型、边界条件和载荷都已经设置完成，可以进行运算了。

不到10秒钟，结果已经计算出来了。在受力100N的情况下，可以看到把手处变形为1.4mm，最大应力为圆管侧面处的45MPa。

因为不锈钢的屈服强度低于7075的屈服强度，最大应力也发生在不锈钢圆管上，所以以不锈钢的屈服强度207MPa进行校核，即载荷引起的不锈钢管应力不能超过207MPa。又因为这是线性分析，所以载荷可以根据应力情况线性放大，计算得载荷最大为460N。也就是说，在把手受力不超过460N的情况下，该扳手不会发生塑性变形。

将4个轴承载荷均改为115N进行验证。再次分析得到最大受力情况下把手处变形为6.5mm，最大应力为207MPa。以上结论得到了验证。