SimSolid在重型机床机架结构分析中的应用

备注:重型机床的机架一般都是用焊接结构,很多块板材焊接或者螺栓连接在一起;由于零部件和连接件很多,使用传统有限元软件,即使是最简单的线性结构分析,都需要耗费很长的时间处理CAD、接触关系、网格,更不用说漫长的计算时间了,而且一般情况下都要进行大量的简化(与实际的模型有差异)以节省计算资源和计算时间。基于以上所述痛点,SimSolid软件的出现为此类问题的解决提供了最根本的解决方案,前处理时间大幅缩短,计算时间更是少到可以忽略不计!


重型机床的机架部分是机床主要施力和受力机构,需要在极限情况下,所有部件都有足够的安全系数以应对苛刻的要求;所以有必要对机架进行力学分析,传统的FEA方法一般都是进行大量的简化或者进行零件及简单部件级的模型,基于完整的数字样机的FEA运算在普通的计算机或者工作站难以完成;

SimSolid软件出现后,可以在普通PC上实现基于完整的数字样机模型的结构分析,其多CAD支持(模型变更后自动加载无需重复设置)、自动化的接触关系处理(只需处理个别区域),无需网格划分,快速分析计算。

机架总装图如下所示:此样机总共272个零件(含连接件)

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1.  前处理设置

1.1 设计模型导入

      一般情况下,机架的主体设计实在3D软件中完成的,此案例使用SolidWorks进行产品设计,设计完成后,在SolidWorks中可以直接导入SimSolid;

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基于SimSolid的重型机床机架结构分析的图3

    使用此种导入方法的好处是,进行多次模拟时,模型变更完毕后,再次导入SimSolid,即可基于第一个算例自动建立新算例,材料、接触关系、载荷条件等都会自动从上一算例继承过来,可以不用重复进行设置,节省大量时间,与SolidWorks本身的Simulation相比,体验基本一致,可以说是CAD/CAE一体化了。

1.2材料设置

SimSolid支持批量材料设置,也可以单独定义某一零件的材料,支持自定义材料;此处所有CAE软件的设置过程基本一致;一般分析,软件自带的材料库基本可以胜任:

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1.3 接触关系建立

SimSolid支持自动搜索接触关系,并且支持自动识别螺栓螺母等紧固件,并自动建立合适的接触关系,此分析没有单独定接触关系,软件自动识别自动建立了大约589个接触关系;所有的螺栓螺母等连接件接触关系自动建立;连接件无需简化,无需手动设置接触关系

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1.4 固定及载荷条件设置

设置底面固定,上下梁受力1500Ton;

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1.5提交分析

没有繁复的网格划分过程,此时就可以提交运算了;整个前处理过程不到3分钟;计算时间大约5分钟;

2.后处理:

Von Mises应力图解:

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基于SimSolid的重型机床机架结构分析的图8


主应力图解:

lyl.png

整体位移图解:

wy.png

安全系数图解:

aqxs.png


总结:

SimSolid分析结果的精度与其他竞品软件相比,结果基本一致,而且没有传统有限元软件因为网格质量问题产生的噪点数据,不容易误判结果。

SimSolid软件,前处理简易,计算速度快!可以在针对分析结果快速变更模型,一天就可以完成多次仿真任务,节省了大量时间,以前做类似分析,前处理及求解基本要十几个小时,现在缩短到10分钟,不得不说这种变化是革命性的;

从整个测试过程看,与现有主流结构有限元相比,SimSolid软件与主流CAD软件高度集成,CAD/CAE一体化程度高,设置过程简易,真正的无网格,计算速度快,对计算主机的要求较低等特点,是一款可能会对现有主流有限元软件架构形成巨大冲击的软件,是一款革命性的软件!

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