基于SolidWorks Simulation的節能洗車裝置結構應力仿真分析研究

魏加興，農田友，陸尚平

（1.桂林電子科技大學，廣西 桂林541004；2.廣西水利電力職業技術學院，廣西 南寧530023）

基于SolidWorks Simulation的節能洗車裝置結構應力仿真分析研究

魏加興1，農田友2，陸尚平2

（1.桂林電子科技大學，廣西 桂林541004；2.廣西水利電力職業技術學院，廣西 南寧530023）

SolidWorks Simulation是與SolidWorks軟件完全集成的設計分析系統。利用SolidWorks軟件進行節能洗車裝置三維方案設計，通過SolidWorks Simulation對三維方案結構進行應力仿真分析研究，并對方案的材料、質量、結構等方面進行優化與改進。對反復的現場實際測試改進產品的開發過程，使用SolidWorks Simulation，在計算機上對模擬模型進行仿真測試，在很大程度上節約了產品開發的成本，同時縮短了產品設計開發的周期。

SolidWorks Simulation；節能洗車裝置；應力仿真分析

0 引言

SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD系統，因其的技術創新性，能較好地符合目前CAD技術的發展潮流和趨勢。Solid－Works軟件功能強，組件繁多，并且能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。同時SolidWorks操作簡單方便、易學易用。SolidWorks Simulation是與SolidWorks軟件完全集成的設計分析系統。其提供了通過單一屏幕解決方案來進行應力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優化分析。通過SolidWorks Simulation在計算機上仿真分析可取代昂貴并費時的實地測試，可降低項目成本及上市時間。

前期結合相關理論分析和驗證，利用SolidWorks軟件對節能洗車裝置進行了三維模型建立。得到如下三維實體模型示意圖，如圖1所示。并利用Solid－Works Simulation對裝置相關零部件進行應力仿真，以輔助對節能洗車裝置的結構改進優化。

圖1 節能洗車裝置方案示意圖

1 基于SolidWorks Simulation的節能洗車裝置結構應力仿真分析研究過程

由圖1節能洗車裝置結構示意圖可以看出，在整個裝置結構中，底板承載著幾乎整個裝置其他零部件的載荷，仍無法準確地通過經驗去選擇底板的材料和厚度，在結構設計方面，是否需要在地板底部設計加強筋，可以通過SolidWorks Simulation對底板進行應力載荷分析，然后利用分析結果作為依據指導解決相關的問題。

首先在設計中選用厚度為5 mm的3003型號鋁合金板，應力分析過程如下。

單擊SolidWorks菜單欄工具選項，加載Solid－Works Simulation分析向導，如圖2所示。

圖2 加載SolidWorks Simulation分析向導

根據軟件界面的提示與仿真需求，選擇相應的選項以及輸入相關的參數。在加載力與壓力界面，根據軟件自帶的質量特性計算可以得到安裝在底板上的零部件總質量m=9 kg，即底板承受到的載荷F=mg，約90 N的壓力，軟件測量工具可得底板表面積S=0.2 m2，則底板表面壓強P=F/s，約為18 N/m2.按照軟件提示操作得到運行仿真計算得到如下結果。應力分布仿真圖如圖3所示。

圖3 底板應力分析圖

底板變形位移仿真圖如圖4所示。

圖4 底板應力變形分析圖

通過應力仿真分析圖結果得，底板受到最大應力載荷σmax在四個支撐輪位置，數值為138.7 MPa.對照機械設計手冊，底板承受應力強度小于許用應力強度，即σmax<[σ].因此在底板的厚度設計上可以適當選用更薄的厚度，既節約了成本也降低了裝置的質量。

根據變形位移分析圖的結果顯示底板中部變形位移最明顯，最大位移值為D，D=2.7 mm.因此可以根據實際情況在設計底板時，在底板底部設計相應的加強筋以增強底板的結構強度。

在節能洗車裝置中，自制件支架零件同樣承受了明顯的載荷，同樣需要通過SolidWorks Simulation仿真來指導和驗算設計。

對于洗車裝置支架分析結果如圖5和圖6所示。

圖5 支架應力分析圖

支架的分析結果顯示，支架頸部的倒角過小，頸部應力集中明顯，易使受承載面彎曲變形甚至斷裂。因此在設計中應對其進行改進，通過增大支架頸部圓角等優化改進措施來對支撐架進行再設計。其改進優化結果分析如圖6所示。從圖6中明顯看出支架各部分受力均勻分布，沒有明顯的應力集中等不良缺陷。同時支架的整體結構穩定性明顯提高。

圖6 支架改進分析圖

2 總結

通過以上分析，SolidWorks Simulation可以更方便快捷地在方案設計過程中提供優化改進的理論數據依據。

（1）通過應力仿真分析得到的相關數據，能指導對裝置材料型號的正確選用。

（2）通過應力仿真分析，能很好地控制了材料厚度的使用，通過優化設計，使裝置既能達到相關的力學要求，同時最大限度地減小產品的總質量，達到節約成本的目的。

（3）通過應力仿真分析，可以直觀地發現產品結構相關力學的設計缺陷，從而對方案進一步優化改進。

綜上所述可以看出SolidWorks Simulation為SolidWorks用戶提供了一個比較容易使用的應力分析工具。可以通過在計算機設計的方案來取代高花費和長周期的實地測試，可在產品設計制造過程中較好地節約成本并縮短了產品設計制造的周期。

[1]李 健.SolidWorks Simulation軟件在產品開發中的應用[J].機械與電氣工程，2012，11（3）：84-87.

[2]萬正喜，宗曉紅.基于SolidWorks-simulation的回轉平臺主梁有限元分析[J].器重運輸機械，2013（8）：87-89.

[3]滕 爽，但 丁，程 芬，等.基于 SolidWorks Simulation帶接頭裝配體有限元分析[J].現代制造技術與裝備，2013（5）：10-11.

[4]吳應東.基于SolidWorks Simulation的新型魚雷支架優化設計[J].魚雷技術，2014，22（4）：249-253.

[5]苗玉剛，趙 峰，何 斌.基于SolidWorks Simulation的工裝壓板有限元分析及優化設計[J].煤礦機械，2015，36（11）：192-194.

Simulation and Analysis of Structural Stress of Energy Saving Car Washing Device Based on SolidWorks Simulation

WEI Jia-xing1，NONG Tian-you2，LU Shang-ping2
（1.Guilin University Of Electronic Technology，Guilin Guangxi 541004，China；2.Guangxi College Of Water Resources And Electric Power，Nanning Guangxi 530023，China）

SolidWorks Simulation is a design analysis system SolidWorks is fully integrated with that software.The design scheme of 3D energy-saving washing device by using the SolidWorks software，the three-dimensional structure of the SolidWorks program Simulation and stress analysis，material，quality of plan，optimize and improve the structure etc..Compared to the actual test site repeatedly to improve the product development process，using the SolidWorks Simulation testing of the simulation model on computer，greatly saves the cost of product development，and shorten the cycle of product design and development.

SolidWorks Simulation；energy saving car washing device；stress simulation analysis

U472

A

1672-545X（2017）10-0033-02

2017-07-29

魏加興（1975-）,男，山東臨沂人，副教授，工學碩士，從事產品設計、CAD/CAM等教學研究；農田友（1984-），男，壯族，廣西田東人，講師，工學學士，從事機械工程方向教學及實踐；陸尚平（1981-），男，壯族，廣西來賓人，副教授，工學博士，主要從事機電一體化技術教學與研究。