有限元分析在零件結構優化中的應用

唐元玉，何小婷

(衡陽北方光電信息技術有限公司，湖南 衡陽 421000)

0 引言

隨著計算機仿真技術的進步，基于功能完善的有限元分析軟件和高性能計算機對機械結構進行力學分析，以獲得盡可能真實的結構受力信息，以便對設計階段可能出現的各種問題進行安全評判，實現設計模型參數的修改及優化。相比傳統設計方法，該方法節省工程樣機多次反復生產驗證環節，節約成本且可縮短新產品開發周期[1]。因此，計算機有限元分析已成為工程設計和分析的重要工具。

筆者公司生產的新產品進行沖擊試驗后，箱體零件受損。經綜合考慮，設計單位初步判定是由零件疲勞強度設計冗余不足造成的。因此，對該箱體零件進行有限元分析和優化設計，優化設計的目標為：質量增幅不大于5%，整體外形基本不變，機械接口不變。

1 產品結構

1.1 受損部件構成

產品受損部件由箱體部件、光學部件、電池部件、導軌部件、手柄部件及顯示部件構成，如圖 1所示。

1—箱體部件；2—光學部件；3—電池部件； 4—導軌部件；5—手柄部件；6—顯示部件。圖1 產品受損部件構成

1.2 零件受損情況

本次產品經沖擊試驗后，受損部位為箱體零件，受損情況如圖 2所示，即箱體底面外邊斷裂。

圖2 箱體受損部位示意

2 箱體有限元分析

2.1 建立邊界約束

箱體材料為鑄鋁ZL114A-T5型，抗拉強度為310 MPa，延伸率為3%。將箱體底部3組孔(A孔1組，B孔2組)進行固定約束，箱體前后定義為x軸，左右定義為z軸，上下定義為y軸(見圖3)。

圖3 箱體邊界約束示意……