经典案例
  • 有限元分析在机械产品设计的应用
  • 汽车转向机构有限元分析与优化
  • 风力发电机主轴结构强度分析
  • 发动机连杆的强度分析与结构优化
  • 车辆传动轴的强度分析与方案改进
  • 摩托车车架的刚度及强度分析
  • 注塑模具机构强度分析及结构优化
  • 变速箱轴键强度校核及结构改进
  • 挖掘机铲斗有限元计算和强度分析

基于COSMOSWorks的零部件有限元分析

发布于:2021-04-20 19:45
有限元分析

       COSMOS是SRAC(structuralresearch&analysiscorporation)公司推出的一套功能强大的微机版的有限元分析软件。它在SolidWorks的环境下为设计工程师提供了比较完整的分析手段。COSMOSWorks是COSMOS的一个非常重要的模块,能够进行静力分析、频率分析、热分析、和设计优化。
       COSMOSWorks完全集成于SolidWorks中,为设计工程师在SolidWorks的环境下,提供比较完整的分析手段。分析模型和分析结果及SolidWorks共享一个数据库,在几何模型上,可直接定义载荷和边界条件,设计的数据库也会相应地自动更新。计算结果也可以直观地显示在SolidWorks精确的设计模型上。
       COSMOSWorks是世界上最快的有限元分析软件,这是由于它采用了FFE(fastfiniteelement)快速有限元算法技术,FFE算法是工程设计分析人员的分析利器。
       SRAC公司的快速有限元算法(FFE)比较突出的原因如下:
      (1)快速有限元算法参考以往的有限元求解算法经验,以C++语言重新编写程序,程序代码中尽量减少循环语句,且引入当今世界范围内软件程序设计新技术的精华,故极大提高了求解器的速度;
      (2)快速有限元算法使用新的技术开发、管理其资料库,使程序在读、写、打开、保存资料及文件时,能够大幅提升速度;
      (3)快速有限元算法按独家数值分析经验,搜索所有可能的预设条件组合(经过大型复杂运算测试无误者)来解题,故在求解时快速而能收敛。
       传统的方法在分析装配体时是先把零件拆散,然后一个个分别处理,耗时耗力,又存在计算结果不精确的缺点。COSMOSWorks提供了多场/多组件的复杂装配分析,从而大大简化工程师的劳动,使得分析能够更好地模拟真实情况,结果也就更精确。另外,COSMOSWorks含有精确应力分析模块(AccuStress),这是精确应力计算中一个有着划时代意义的工具,象征着一个过渡期的划分网格新技术。在局部区域网格划分更细密,以提供更精确的应力计算结果进进行产品设计优化。
       传统的方法是分离成多个问题来解决:拆散装配体、人工计算每个零件所受的反力,然后分开分析各个零件。缺点是明显的,没有装配的特性、没有零件和零件的相互作用、繁琐的人工处理过程,费时费力。而新的方法是直接对装配体分析,整体地划分单元网格,只需在装配体上指定整体载荷和边界条件,可赋予各个零件不同的材料性质,只一次进行求解。用这种方法容易定义问题,从而快速分析装配体,并获得精确的分析结果。
       应用实例
       摇枕是铁路车辆转向架上最主要的承载部件,车体全部重量作用在摇枕的心盘与旁承上,而摇枕又将载荷通过弹簧作用在构架上,或通过弹簧作用在摇动台上,并通过吊杆作用在构架上。摇枕主要材料为铸钢,但其上面的各种吊座、承载座又是低合金钢。基于摇枕结构的复杂性、材料的多样性,多年来对其有限元分析始终不尽人意,并与试验结果差距较大。图是某宽轨铁路客车摇枕,其主体为铸造的箱形鱼腹梁结构,在摇枕的两端设有安装垂向减振器的安装座,内部有纵向加强板,摇枕上焊有牵引拉杆座和旁承座。本文运用SolidWorks三维造型软件生成了摇枕装配体结构模型。该装配体中包括3个子装配体,25个独立零件。
    计算载荷的确定和强度评定方法参照EN13749-2005《铁道应用—轮对和转向架—规定转向架构架结构要求的方法》以及TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》的有关内容,将载荷按不同的方案组合,确定出适用于摇枕静强度分析的超常荷重和运用荷重下计算载荷的多种工况,在这里取运用荷重下的两种工况加以举例说明。


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