Solid Works Cosmos Works加約束的便捷方法

曹陽， 劉廣東

（黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱 150040）

0 引言

在沒有開發設計軟件前力學分析都需要實驗和計算，現在通過軟件就可以在設計過程中把可能出現的問題都找到，并盡量避免，提高效率，降低成本。

力學中有一個準則叫圣維南原理，也就是一個物體受力以后，分析什么影響它的應力分布和約束。如裝卡形式可以把試棒夾住，也可以打孔用銷釘固定，或者加工螺紋而用螺紋固定。無論怎樣的裝卡形式只對裝卡附近應力分布有影響，對遠離它的區域應力沒有影響，這就是圣維南原理的意圖。

1 基本操作和加便捷條件時注意事項

舉例說明，如圖1所示這個簡單的4個零件構成的裝配體（是健身器上的一個踏板，腳作用給踏板一個力使之旋轉，由于空轉起不到太大的健身作用，于是在輪子上套了皮帶，皮帶帶動阻尼輪起到阻尼作用。

已知腳踏桿上有一個800 N的力水平向前，現計算踏板何處受力比較大，何處變形比較大。

加載和就是腳踏桿上受了800 N的力，選中并加力，這個力是已知的，水平方向的。要加水平方向的力可以加一個參考，參考面x方向800 N，水平向前（圖2）。這樣加力并不符合實際情況，因為一個腳踏桿，用腳踩上施加力時，實際上根本無法使腳把這個圓柱面完全包住并施加上力，即使是一個軸套也只能一面收到壓力另一面分離開不受力。腳只能接觸到很小的一個區域，僅在這個區域上垂直于這個面給壓力，其他區域全是自由的。所以現在加力的方法是：選擇整個圓柱面，加這個方向上的力，那么實際上就相當于把圓柱面上的各個點都加了一個水平方向的力，而且這個力沿著這個面均勻分布。但實際情況不可能如此，通過分析可簡化這里可以這樣操作。這并不是因為此軟件無法按照實際情況進行設計，只需編輯這個零件在圓柱體頂面進入草圖狀態。畫出一個區域后，插入→曲線→分割線，這是為了把這個圓柱面分成兩個區域。劃分之后選擇一個區域加載和，這樣就符合工況了（圖3）。而之前并沒有這樣操作是因為步驟繁瑣，而且沒有必要。

圖1 踏板

圖2 受力分析

由于是研究皮帶輪受阻力矩對其造成的變形，所以只需考慮這個力和這個阻尼輪之間扭矩造成的變形。可是所加約束并不符合工況，因為皮帶輪包角不是360°，常見的有220°包角，和200°的包角，卻不可能全部包住。所以這樣不符合實際。正常皮帶輪，皮帶纏繞有多大的包角，應該把這個圓柱面分成兩部分，一部分是有皮帶的，一部分是自由的。有皮帶的地方加上約束，沒有的地方不加。同樣像剛才一樣把圓柱面用分割線分割成兩部分，一部分加約束，一部分不加完全可以做到，但是也不必這樣做。

圖3 零件工況

如上所述完全加約束雖然不符合實際但也可行的原因是：首先研究對一個分析來說危險的區域的位置，應該是應力最大的地方，也就是如圖4所示紅色的區域。也正是由于危險的位置所以之前加載和加邊界條件可以不按實際情況。依據圣維南原理可知根部是比較危險的，因此在加力的時候，力是按照實際情況加載到某一個區域，還是沒有按照實際情況直接加在整個面上對根部區域影響微乎其微。所以為了簡便，之后又同樣把皮帶輪整體全部約束住。

圖4

2結語

通過這個例子分析裝配體，處理如何給各零件加約束，如何符合工況地加約束和通過圣維南原理簡便地加約束，在計算結果相差很小的同時大大地減少了操作的工作量。

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［2］ 王寶成.有限元分析法［M］.天津：天津科學技術出版社，2001.

［3］ 黃陽.羅湘燕.基于SolidWorks的機械零件的CAE技術研究［J］.機電產品開發與創新，2006，19（5）：101-102.

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