Solidworks 2023三維設(shè)計及應(yīng)用教程 課件 第7章 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計

歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實例7.3優(yōu)化設(shè)計7.4耦合場分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元的建模策略目的要求目的：通過簡單實例了解有限元分析相關(guān)術(shù)語，歸納總結(jié)通用分析步驟。重點:有限元分析的三步曲。

難點:有限元分析的特點及相關(guān)術(shù)語。7.1.1引例-單向拉伸分析問題分析（1）畫模型（2）定類型（3）選材料（4）分網(wǎng)格（5）添約束（6）加載荷（7）求結(jié)果（8）顯動畫（9）下結(jié)論（1）畫模型（2）定類型【solidworks插件】>SolidWorksSimulation【Simulation】>【新算例】>【靜應(yīng)力分析】>【確定】（3）選材料

右單擊【零件】>【應(yīng)用/編輯材料】>選【普通碳鋼】（4）分網(wǎng)格

右單擊【網(wǎng)格】>【生成網(wǎng)格】>【確定】接受默認(rèn)網(wǎng)格（5）添約束

右單擊【夾具】>【固定幾何體】>選圓柱底面，【確定】（6）加載荷

右單擊【外部載荷】>【力】>選頂面，5000N，【反向】>【確定】（7）求結(jié)果

單擊【運行】（8）顯動畫

右單擊【應(yīng)力】>【動畫】（9）下結(jié)論計算精度分析-可信度最大應(yīng)力102.6MPaS=F/A=500/(3.14*4*4)=99.5MPa零件強度校核-可靠度小于屈服極限235MPa，不會屈服。演示視頻單向拉伸分析演示過程總結(jié)

由以上引例可歸納出通用有限元軟件分析三步曲為:前處理：畫模型，定類型，設(shè)屬性，分網(wǎng)格。求解：添約束，加載荷，查錯誤，求結(jié)果。后處理：列結(jié)果，繪圖形，顯動畫，下結(jié)論。小結(jié)通過一個簡單標(biāo)準(zhǔn)試件模型：介紹了Simulation的界面總結(jié)了有限元分析的主要步驟進(jìn)行了理論值與有限元解的比較作業(yè)要求

課后熟悉SolidworksSimulation操作界面和命令，練習(xí)單向拉伸有限元分析，理解有限元分析三步曲。機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實例7.3優(yōu)化設(shè)計7.4耦合場分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元建模策略學(xué)習(xí)目標(biāo)了解有限元的三步曲了解有限元的基本思想和術(shù)語掌握Simulation的基本界面和基本操作了解Simulation的主要功能7.1.2有限元分析基礎(chǔ)1.有限元定義與基本思想2.有限元常用術(shù)語3.通用有限元軟件分析三步曲4.Simulation界面5.Simulation分析類型6.Simulation網(wǎng)格控制7.Simulation結(jié)果后處理1.有限元定義與基本思想2.基本思想

化整為零，積零為整（數(shù)值積分→蓋大樓。具有方法論的意義）。

即：將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限個單元和節(jié)點，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點處相連接的一組單元的集合體；同時選定場函數(shù)的節(jié)點值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一近似插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律；進(jìn)而利用力學(xué)中的某些變分原理去建立用以求解節(jié)點未知量的有限元法方程，從而將一個連續(xù)域中的無限自由度問題化為離散域中的有限自由度問題。求解結(jié)束后，利用解得的節(jié)點值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個集合體上的場函數(shù)。1.何謂有限元法求解數(shù)理方程的一種數(shù)值計算方法，解決工程實際問題的一種數(shù)值計算工具。2.有限元常用術(shù)語單元：結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分中的每一個小的塊體稱為一個單元。常見的單元類型有線段單元、三角形單元、四邊形單元、四面體單元和六面體單元幾種。由于單元是組成有限元模型的基礎(chǔ)，因此，單元的類型對于有限元分析是至關(guān)重要的。節(jié)點：確定單元形狀的點就叫節(jié)點。例如線段單元只有兩個節(jié)點，三角形單元有三個或者六個節(jié)點，四邊形單元最少有四個節(jié)點等。載荷：工程結(jié)構(gòu)所受到的外在施加的力稱為載荷。包括集中載荷和分布載荷等。在不同的學(xué)科中，載荷的含義也不盡相同。在電磁場分析中，載荷是指結(jié)構(gòu)所受的電場和磁場作用。在溫度場分析中，所受的載荷則是指溫度本身。約束：邊界條件就是指結(jié)構(gòu)邊界上所受到的外加支撐（已知位移）。3.通用有限元軟件分析三步曲

從使用有限元程序的角度講，有限單元法分析又可分成三大步:前處理：畫模型，定類型，設(shè)屬性，分網(wǎng)格。求解：添約束，加載荷，查錯誤，求結(jié)果。后處理：列結(jié)果，繪圖形，顯動畫，下結(jié)論。4.Simulation界面設(shè)計樹工具欄啟動鈕圖形區(qū)5.Simulation分析類型SolidWorksSimulation可以完成“常規(guī)模擬、設(shè)計洞察、高級模擬”三部分功能。其中主要專題為：Static(靜態(tài))：計算壓力、拉力和變形；Frequency(頻率)：計算共振頻率；Thermal(熱力)：計算溫度和熱流動。6.Simulation網(wǎng)格控制網(wǎng)格大小它是按包圍一個單元的球體（實體單元）或圓（殼單元）的直徑來定義的。公差表示了網(wǎng)格特征單元的尺寸范圍，如單元大小為0.225in，公差設(shè)定為0.011，則所有單元的尺寸均在0.214~0.236in范圍內(nèi)。自動過渡對細(xì)小特征、孔和圓角自動應(yīng)用網(wǎng)格控制。在對具有許多細(xì)小特征和細(xì)節(jié)的大模型網(wǎng)格化之前消除選擇自動過渡，可以避免不必要地生成大量單元。局部細(xì)化在高應(yīng)力的地方應(yīng)用網(wǎng)格控制。比率：定義連續(xù)過渡單元層間單元大小的比率比率=1.2比率=1.1整體單元9mm局部單元0.5mm7.Simulation結(jié)果后處理編輯定義：圖表定義、圖表選項、圖解設(shè)定。截面剪裁ISO剪裁探測結(jié)果8.Simulation視頻演示Simulation基本操作演示小結(jié)簡要分析了有限元分析的三步曲介紹了有限元的基本思想及術(shù)語介紹了Simulation的界面介紹了Simulation的網(wǎng)格控制等基本操作作業(yè)以單向拉伸為例練習(xí)以下內(nèi)容：網(wǎng)格控制編輯定義：圖表定義、圖表選項、圖解設(shè)定。截面剪裁ISO剪裁（看等值線）探測結(jié)果（看路徑圖）機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實例7.3優(yōu)化設(shè)計7.4耦合場分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元建模策略7.1.4裝配體有限元分析學(xué)習(xí)目標(biāo)了解有限元分析的原則掌握有限元工程應(yīng)用的策略7.1.3有限元的建模策略1.有限元分析原則與策略2.有限元的建模策略范例3.有限元工程分析過程示例1.有限元分析原則與策略

常用策略如下：（1）網(wǎng)格疏密得當(dāng)：一般采用“網(wǎng)格疏密得當(dāng)，先粗后細(xì)”多次試算。（2）刪除次要細(xì)節(jié)：忽略應(yīng)力不大部位的小孔、倒角/圓角、退刀槽、鍵槽等一般“先壓縮所有細(xì)節(jié)進(jìn)行初步分析，然后解壓縮應(yīng)力較大部位的細(xì)節(jié)再進(jìn)行分析”。（3）對稱性的利用：只取對稱結(jié)構(gòu)的一部分分析（如1/2結(jié)構(gòu)）。（4）模擬實際邊界條件：如果模型邊界條件與實際工況相差較大，計算結(jié)果就會出現(xiàn)較大的誤差，所以建模時應(yīng)盡量使邊界條件值與實際值相一致。1倒角2小孔3圓弧過渡4退刀槽“保證計算精度的前提下盡量降低計算規(guī)模”。2.建模策略范例——帶孔板分析（1）精細(xì)網(wǎng)格（2）疏密得當(dāng)（3）忽略細(xì)節(jié)（4）利用對稱

一個620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，計算其最大應(yīng)力。（約220MPa）（1）精細(xì)網(wǎng)格查看網(wǎng)格信息的方法是在Simulation設(shè)計樹中右鍵單擊“網(wǎng)格”，選擇“細(xì)節(jié)”。（2）疏密得當(dāng)查看網(wǎng)格信息的方法是在Simulation設(shè)計樹中右鍵單擊“網(wǎng)格”，選擇“細(xì)節(jié)”。（3）忽略細(xì)節(jié)（4）利用對稱（5）

建模策略總結(jié)

一個620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，計算其最大應(yīng)力。（約220MPa）3.零件有限元工程應(yīng)用示例-工作臺分析問題定義（分析圖中承載支架B載載荷C作用下的應(yīng)力和變形）模型簡化（A物體變用約束、B物體變壓力；忽略外圓角，利用對稱性）幾何建模（繪草圖，建特征、制零件）施加邊界條件（添約束、加載荷）網(wǎng)格劃分（選材料、設(shè)單元、分網(wǎng)格）結(jié)果查看應(yīng)力分布位移分布網(wǎng)格建模小結(jié)有限元建模策略：疏密得當(dāng)，忽略細(xì)節(jié)，利用對稱零件工程應(yīng)用步驟：（1）問題定義，（2）幾何建模，（3）網(wǎng)格建模，（4）結(jié)果查看作業(yè)如何控制網(wǎng)格密度？如何判斷結(jié)果的精度？如何進(jìn)行模型簡化？完成帶孔板建模策略對比分析。完成工作臺強度分析.機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1Simulation快速入門7.2Simulation應(yīng)用實例7.3優(yōu)化設(shè)計7.4耦合場分析7.1Simulation快速入門7.1.1引例-單向拉伸分析7.1.2有限元分析基礎(chǔ)7.1.3有限元建模策略7.1.4裝配體有限元分析學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握裝配體有限元分析的技巧7.1.4裝配體有限元分析進(jìn)行裝配體分析時，必須設(shè)置零件之間的連接關(guān)系，即要考慮各零部件之間是如何接觸的。車輪與鋼軌之間、嚙合的齒輪是典型的接觸問題。1.裝配分析的實質(zhì)和面臨的問題2.接觸類型及實例（1）裝配分析的實質(zhì)和面臨的問題裝配體仿真的本質(zhì)：就是設(shè)置零件與零件之間的接觸問題。

裝配體仿真所面臨的問題：（1）模型的簡化。這一步包含的問題最多。實際的裝配體少的有十幾個零件，多的有上百個零件。（2）零件之間的聯(lián)接。裝配體的一個主要特征，就是零件多，而在零件之間發(fā)生了關(guān)系，使用接觸來建模，應(yīng)該使用哪一種接觸形式呢？（3）材料屬性的考慮。在一個復(fù)雜的裝配體中所有的零件，其材料屬性多種多樣。（4）有限元網(wǎng)格的劃分。對于裝配體中的每個零件，該如何劃分網(wǎng)格？（2）接觸類型及實例1）T型焊接-接合2）輪軌接觸-無穿透3）輪軸壓裝-冷縮1）T型焊接-接合2）輪軌接觸-無穿透3）輪軸壓裝-冷縮冷縮配合軸194.2mm孔194mm小結(jié)裝配工程應(yīng)用步驟：（1）問題定義（2）幾何建模（3）裝配設(shè)定（4）網(wǎng)格建模（5）結(jié)果查看作業(yè)完成接觸設(shè)定分析歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實踐7.2.1彎扭組合階梯軸強度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計7.2.4動車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行軸靜強度分析：掌握加載區(qū)域分割，軸承約束、扭矩添加進(jìn)行疲勞強度分析：掌握疲勞分析原理、恒幅和變幅載荷壽命預(yù)測。進(jìn)行軸的模態(tài)分析：掌握材料、約束和載荷復(fù)制/粘貼，頻率、振型分析7.2.1階梯軸強度校核一高速軸扭矩T=7000N.m，圓周力Ft=5000N，徑向力Fr=1840N，軸向力Fa=700N，試對該軸進(jìn)行靜強度、剛度、疲勞強度和模態(tài)分析。1.軸的靜強度和剛度校核（1）分割加載區(qū)域（2）局部網(wǎng)格細(xì)化（3）施加軸承約束（4）施加工作載荷（5）靜強度校核（6）彎曲剛度校核靜強度校核：避免瞬時過載，塑性變形剛度校核：避免剛度不足，變形過大（1）分割加載區(qū)域（2）局部網(wǎng)格細(xì)化（3）施加軸承約束（4）施加工作載荷（5）靜強度校核可見最大應(yīng)力為246.2MPa，該值小于45鋼的屈服極限（280MPa），軸不會發(fā)生塑性變形。（6）彎曲剛度校核可見最大彎曲變形為0.2779mm，該值小于軸的撓度許用值（[f]=0.5mm），軸彎曲剛度合格。2.軸的疲勞強度分析（1）疲勞分析基礎(chǔ)（2）S-N曲線添加（3）恒幅疲勞事件（4）變幅疲勞事件軸通常所受的載荷是變化的，因此以疲勞強度分析為主。應(yīng)力比率r=最小應(yīng)力/最大應(yīng)力對稱循環(huán)r=-1，脈動循環(huán)r=0（1）疲勞載荷類型恒幅載荷變幅載荷（2）設(shè)定S-N曲線在已知應(yīng)力比R下的疲勞損傷極限Se及S—N曲線的斜率K，可根據(jù)S-N曲線確定應(yīng)力Smax情況下達(dá)到疲勞損壞的次數(shù)Ni。（3）恒幅疲勞分析可見，軸最短壽命為19.55萬次。1)選定恒幅疲勞2）設(shè)置載荷屬性3）添加恒幅事件4）分析預(yù)測結(jié)果（4）變幅疲勞分析可見，最短壽命是610.1個譜塊。1)選定變幅疲勞2）設(shè)置載荷屬性3）添加恒幅事件4）分析預(yù)測結(jié)果3.軸的模態(tài)分析

軸是彈性體，旋轉(zhuǎn)時由于軸和軸上零件的材料不均勻、制造有誤差或?qū)χ胁涣嫉?，就要產(chǎn)生以離心力為表征的周期性的干擾力，從而引起軸的彎曲振動。如果這種強迫振動的頻率與軸的彎曲自振頻率相重合時，就出現(xiàn)了彎曲共振現(xiàn)象。因此，有必要對軸進(jìn)行模態(tài)分析。尋求結(jié)構(gòu)振動特性（固有頻率和主振型）以便更好地利用或減小振動。（1）復(fù)制材料（2）復(fù)制約束（3）一階振型（4）固有頻率（1）復(fù)制材料（2）復(fù)制約束（3）一階振型如圖，模式1的頻率為1185.1Hz。（4）固有頻率小結(jié)簡要分析加載區(qū)域、軸承約束、扭矩的添加方法介紹了材料、約束等復(fù)制/粘貼方法介紹了疲勞壽命預(yù)測的步驟和原理：選類型、設(shè)屬性、添事件、看結(jié)果介紹了模態(tài)分析的原理和步驟作業(yè)上機(jī)練習(xí)軸類零件的靜強度、疲勞強度和模態(tài)分析。機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實踐7.2.1彎扭組合階梯軸強度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計7.2.4動車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行彈簧剛度分析：掌握強迫位移施加，列舉約束反力和剛度確定方法。進(jìn)行彈簧強度分析：掌握復(fù)制算例、最大載荷施加方法、應(yīng)力選取方法，強度評價原則。進(jìn)行彈簧穩(wěn)定性分析：掌握屈曲分析過程、屈曲載荷確定方法。7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計

已知某彈簧簧絲直徑d=41mm、彈簧中徑D=220mm、工作圈數(shù)n=2.9圈、自由高H0=256mm，承受的最大載荷Pmax=43kN。設(shè)計剛度[Kv]=925N/mm，許用應(yīng)力[τ]=750MPa。

試對其剛度、強度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核。1.剛度分析

基本思想：根據(jù)彈簧剛度的定義，得彈簧剛度CAE分析的基本思想：彈簧一端固定，另外一端施加單位位移，所得固定端支反力即為彈簧剛度。（1）下支撐圈固定

可見約束反力為931N，即彈簧剛度為931N/mm。與設(shè)計剛度925N/mm接近，彈簧剛度合格。（2）上支撐圈單位位移（3）查看約束反力2.強度分析

基本思想：彈簧一端固定，另外一端施加最大撓度（fmax=Pmax/Kv=43000/931=46.2mm），所得應(yīng)力即為彈簧最大應(yīng)力。（1）下支撐圈固定可見vonMises應(yīng)力為921MPa，則當(dāng)量剪應(yīng)力為921MPa/2=460.5MPa，小于材料的許用應(yīng)力（750MPa），彈簧強度合格。（2）上支撐圈最大撓度（3）查看最大應(yīng)力3.穩(wěn)定性分析

基本思想：彈簧一端固定，另外一端施加單位位移，進(jìn)行屈曲分析確定位移屈曲因子乘以彈簧剛度即為臨界載荷。（1）下支撐圈固定（3）查看臨界撓度（2）上支撐圈單位位移臨界載荷Pc=99.904×1.0×931/1000=93.1kN>Pmax=43kN，彈簧的穩(wěn)定性合格。小結(jié)介紹了彈簧剛度計算步驟和原理：加單位位移，看約束反力介紹了彈簧強度設(shè)計步驟和原理：加最大撓度，看最大應(yīng)力介紹了彈簧屈曲載荷的確定方法：加單位位移，看臨界撓度作業(yè)上機(jī)練習(xí)動車組軸箱彈簧的剛度、強度及穩(wěn)定性分析。機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實踐7.2.1彎扭組合階梯軸強度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計7.2.4動車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行齒輪彎曲強度分析：掌握模型簡化方法，無穿透接觸施加方法。進(jìn)行齒輪接觸強度分析：掌握接觸壓力等獲取方法。進(jìn)行過盈配合分析：掌握過盈量的設(shè)定方法，冷縮配合的使用方法。7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計

1.彎曲強度分析：為了保證在預(yù)定壽命內(nèi)不發(fā)生輪齒斷裂失效，應(yīng)進(jìn)行齒根彎曲強度計算。2.接觸強度分析：為了保證在預(yù)定壽命內(nèi)齒輪不發(fā)生點蝕失效，應(yīng)進(jìn)行齒面接觸強度計算。3.過盈配合分析：齒輪與軸的連接方式采用圓柱面過盈配合時要進(jìn)行裝配應(yīng)力和傳遞扭矩的計算。1.嚙合強度分析

為了保證在預(yù)定壽命內(nèi)不發(fā)生輪齒斷裂失效和點蝕失效，應(yīng)進(jìn)行齒根彎曲強度和接觸強度計算。（1）齒輪嚙合模型建立（2）齒輪嚙合關(guān)系設(shè)定（3）齒輪邊界條件施加（4）齒輪彎曲強度評定（5）齒輪接觸強度評定（1）齒輪嚙合模型建立

（2）齒輪嚙合關(guān)系設(shè)定

（3）齒輪邊界條件施加

（4）齒輪彎曲強度評定

（5）齒輪接觸強度評定

誤差為6.9％。3.過盈配合分析

齒輪與軸的連接方式采用圓柱面過盈配合時要進(jìn)行裝配應(yīng)力和傳遞扭矩的計算。（1）過盈配合建模（2）裝配關(guān)系設(shè)定（3）過盈配合分析（1）過盈配合建模過盈配合φ60H7/r6，過盈量=0.00516~0.04696mm（2）裝配關(guān)系設(shè)定（3）過盈配合分析觀察徑向應(yīng)力觀察接觸壓力小結(jié)介紹了齒輪嚙合分析方法介紹了無穿透接觸使用方法介紹了冷縮配合使用方法作業(yè)上機(jī)練習(xí)齒輪嚙合強度分析和輪軸過硬配合強度分析。機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實踐7.2.1彎扭組合階梯軸強度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計7.2.4動車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行車體碰撞分析：掌握跌落分析的步驟和應(yīng)用方法。7.2.4動車組車體碰撞分析

以100m/s（相當(dāng)于360km/h）的速度沿軸向運動的鋁圓柱桿，碰撞固定邊界，模擬動車組車體碰撞剛性墻。計算桿件的反應(yīng)的時間函數(shù)，并求出桿件最小長度。桿件采用鋁合金制作，滿足具有硬化同向性的vonMises塑性模型。1.前處理2.求解3.后處理1.前處理（1）定類型（2）選材料（3）畫網(wǎng)格2.求解（1）設(shè)參數(shù)（2）定選項（3）做分析3.后處理（1）看分布繪制端面位移變化曲線（3）繪曲線（2）顯動畫小結(jié)介紹了跌落分析用于碰撞仿真的過程：塑性材料設(shè)定、碰撞參數(shù)設(shè)定、求解選項設(shè)置作業(yè)上機(jī)練習(xí)碰撞仿真歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場耦合7.3優(yōu)化設(shè)計7.3.1優(yōu)化快速入門7.3.2帶孔板輕量化7.3.3托

架輕量化“用最小的代價獲得最大收益”。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握優(yōu)化設(shè)計思想理解優(yōu)化設(shè)計三要素的確定方法掌握優(yōu)化設(shè)計五步曲7.3.1快速入門優(yōu)化設(shè)計術(shù)語2.優(yōu)化設(shè)計過程（1）數(shù)學(xué)模型：設(shè)計變量:r和h目標(biāo)函數(shù)：MaxV＝πR2H約束條件：S＝2πRH＋2πR2≤10000（2）設(shè)計思想“用最小的代價獲得最大收益”。（3）優(yōu)化三要素設(shè)計變量：即自變量。約束條件：用來體現(xiàn)優(yōu)化的邊界條件。目標(biāo)函數(shù)：最終的優(yōu)化目的。引例選擇杯子底面半徑r和高度h，在表面積S不大于10000的條件下，使得容積V最大。1.優(yōu)化設(shè)計術(shù)語2.優(yōu)化設(shè)計步驟（1）開優(yōu)化（2）選變量（3）添約束（4）定目標(biāo)（5）做優(yōu)化優(yōu)化設(shè)計五步曲：（1）開優(yōu)化開優(yōu)化：右單擊【運動算例1】>【生成新設(shè)計算例】（2）選變量選變量：右單擊特征樹中的【注解】>【顯示特征尺寸】；【變量】>【添加參數(shù)】>選擇直徑和高度，區(qū)間均為[40,60],步長取5.（3）添約束添約束：【約束】>【添加傳感器】>【類型：測量】>【選圓柱外表面】>【創(chuàng)建傳感器】，設(shè)測量2<10000mm2.（4）定目標(biāo)定目標(biāo)：【目標(biāo)】>【添加傳感器】>【類型：質(zhì)量特性】>【屬性：體積】，并設(shè)為體積1為最大化。（5）做優(yōu)化【運行】，執(zhí)行優(yōu)化設(shè)計看結(jié)果：h=d=45mm小結(jié)優(yōu)化設(shè)計思想：“用最小的代價獲得最大收益”優(yōu)化設(shè)計三要素：設(shè)計變量、約束條件、目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化設(shè)計五步曲：（1）開優(yōu)化，（2）選變量，（3）添約束，（4）定目標(biāo)，

（5）做優(yōu)化作業(yè)上機(jī)練習(xí)茶杯優(yōu)化設(shè)計機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場耦合7.3優(yōu)化設(shè)計7.3.1優(yōu)化快速入門7.3.2帶孔板輕量化7.3.3托

架輕量化“用最小的代價獲得最大收益”。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握帶孔板輕量化設(shè)計建模方法掌握優(yōu)化設(shè)計五步曲7.3.2帶孔板輕量化（1）問題描述（2）數(shù)學(xué)模型（3）應(yīng)力計算（4）優(yōu)化設(shè)計1.問題描述一個620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，設(shè)計板寬，使最大應(yīng)力小于200MPa時重量最輕。2.數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型：設(shè)計變量:b目標(biāo)函數(shù)：Minm＝f1(b)約束條件：S＝f2(b)≤200一個620mm×380mm×20mm的帶孔矩形板，其中孔的直徑為200mm，一端固定，另一段承受360kN的均布載荷，設(shè)計板寬，使最大應(yīng)力小于200MPa時重量最輕。3.應(yīng)力計算1.打開零件：（帶孔板輕量化-模型.SLDPRT）2.啟動Simulation工具3.新建靜應(yīng)力算例“應(yīng)力計算”4.賦材料：碳鋼板5.添約束：固定左面6.加載荷：右面拉力360000N7.做仿真：運行分析4.優(yōu)化設(shè)計1.新建優(yōu)化設(shè)計：右單擊【運動算例1】>【生成新設(shè)計算例】2.選變量：【添加設(shè)計變量】>名稱為B>單擊模型寬度尺寸380>380~450，步長103.添約束：【添加約束】>Simulaton數(shù)據(jù)，應(yīng)力，Mpa>小于，2004.定目標(biāo)：【添加目標(biāo)】>質(zhì)量屬性，質(zhì)量5.做優(yōu)化：【運行】6.提精度：B=395~400，步長取1mm小結(jié)輕量化設(shè)計思想：應(yīng)力小于許用應(yīng)力的條件下，重量最小。輕量化設(shè)計步驟：先算約束、后做優(yōu)化。作業(yè)上機(jī)練習(xí)帶孔板輕量化設(shè)計機(jī)電工程學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場耦合7.3優(yōu)化設(shè)計7.3.1優(yōu)化快速入門7.3.2帶孔板輕量化7.3.3托

架輕量化“用最小的代價獲得最大收益”。學(xué)習(xí)目標(biāo)完成托架多種約束條件下的輕量化設(shè)計掌握優(yōu)化設(shè)計五步曲7.3.3托

架輕量化1.問題描述2.優(yōu)化建模3.約束條件求解4.定義設(shè)計變量5.設(shè)定三要素6.觀察優(yōu)化結(jié)果1.問題描述

懸臂托架按如圖方式進(jìn)行支撐和施加載荷(面載荷為5MPa)。根據(jù)功能要求，托架的外部尺寸不能變化。中心切除大小由D11、D12和D13控制。這些尺寸可以在一定范圍內(nèi)變化。

通過以下條件減小懸臂托架的體積：vonMises應(yīng)力不得超過特定值；大位移不得超過特定值；固有頻率應(yīng)在260Hz到400Hz范圍內(nèi)，以避免與安裝機(jī)械引起共振。2.優(yōu)化建模數(shù)學(xué)模型：設(shè)計變量:D11、D12和D13目標(biāo)函數(shù)：Minm＝f1(b)約束條件：S≤300MPaw≤0.21mm260Hz≤f≤400Hz3.約束條件求解4.定義設(shè)計變量5.設(shè)定三要素6.觀察優(yōu)化結(jié)果小結(jié)輕量化設(shè)計思想：應(yīng)力小于許用應(yīng)力，固有頻率大于許用頻率的條件下，重量最小。輕量化設(shè)計步驟：先算約束、后做優(yōu)化。作業(yè)上機(jī)練習(xí)托架輕量化設(shè)計歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場耦合7.3優(yōu)化設(shè)計7.3.1優(yōu)化快速入門7.3.2帶孔板輕量化7.3.3托

架輕量化7.3.4角撐板拓?fù)鋬?yōu)化學(xué)習(xí)目標(biāo)了解優(yōu)化設(shè)計的類型角撐板拓?fù)湓O(shè)計掌握拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的步驟7.3.4角撐板拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計1.問題描述2.優(yōu)化建模3.約束條件求解4.定義設(shè)計變量5.設(shè)定三要素6.觀察優(yōu)化結(jié)果1.問題描述

如所示角撐板，左側(cè)兩個圓孔的內(nèi)表面施加固定約束，另一個圓孔的內(nèi)表面施加力：Fx=15N，F(xiàn)y=5N。

在將其質(zhì)量減少45%的基礎(chǔ)上找到板的”最佳強度重量比”時的結(jié)構(gòu)方案。2.開拓?fù)浯蜷_<資源文件：7結(jié)構(gòu)分析\>中的“三角板拓?fù)鋬?yōu)化.sldprt”模型，單擊Simulation工具條中的“算例”，如圖7-51所示，選擇設(shè)計洞察中的“拓?fù)洹?，然后單擊“確定”按鈕3.加邊界施加約束：兩個孔的圓柱面“固定鉸鏈”。施加載荷：右側(cè)孔的圓柱面加載荷，F(xiàn)x=15N，F(xiàn)y=5N。4.設(shè)目標(biāo)設(shè)置拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)和約束

在拓?fù)渌憷龢渲?，右鍵單擊目標(biāo)和約束，然后單擊“最佳強度重量比（默認(rèn)）”。在約束1下選“減少質(zhì)量（百分比）”，將約束值設(shè)置為45(%)5.做優(yōu)化單擊Simulation工具條中的“運行”，通過多次迭代實現(xiàn)的拓?fù)鋬?yōu)化。6.導(dǎo)結(jié)果

計算光順網(wǎng)格：右鍵單擊“結(jié)果”，“定義新的材料質(zhì)量圖解”，單擊“計算光順網(wǎng)格”。導(dǎo)出光順網(wǎng)格：在設(shè)計樹中右鍵單擊“材料質(zhì)量1（-材料質(zhì)量）”，然后單擊“導(dǎo)出光順網(wǎng)格”，在“將網(wǎng)格保存至”中選擇“新零件文件”，設(shè)零件名稱為“拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果”。在“高級導(dǎo)出”中選中“實體”，單擊。小結(jié)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計思想：通過改變結(jié)構(gòu)外側(cè)的材料和內(nèi)部的開孔數(shù)目確定結(jié)構(gòu)的最佳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。輕量化設(shè)計步驟：開拓?fù)洹⒓舆吔?、設(shè)目標(biāo)、做優(yōu)化、導(dǎo)結(jié)果作業(yè)上機(jī)練習(xí)角撐板拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計歡迎學(xué)習(xí)計算機(jī)三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護(hù)神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場耦合7.4耦合場分析7.4.1壓氣機(jī)動力強度協(xié)同分析7.4.2踏面制動車輪熱機(jī)耦合分析7.4.3動車組車體流固耦合分析一個場的響應(yīng)是另一個場的激勵!學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握運動分析步驟。掌握運動載荷施加方法。7.4.1壓氣機(jī)動力強度協(xié)同分析1.動力仿真2.