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基于COSMOSWorks的零部件有限元分析

發布于:2021-04-20 19:45
有限元分析

       COSMOS是SRAC(structuralresearch&analysiscorporation)公司推出的一套功能強大的微機版的有限元分析軟件。它在SolidWorks的環境下為設計工程師提供了比較完整的分析手段。COSMOSWorks是COSMOS的一個非常重要的模塊,能夠進行靜力分析、頻率分析、熱分析、和設計優化。
       COSMOSWorks完全集成于SolidWorks中,為設計工程師在SolidWorks的環境下,提供比較完整的分析手段。分析模型和分析結果及SolidWorks共享一個數據庫,在幾何模型上,可直接定義載荷和邊界條件,設計的數據庫也會相應地自動更新。計算結果也可以直觀地顯示在SolidWorks精確的設計模型上。
       COSMOSWorks是世界上最快的有限元分析軟件,這是由于它采用了FFE(fastfiniteelement)快速有限元算法技術,FFE算法是工程設計分析人員的分析利器。
       SRAC公司的快速有限元算法(FFE)比較突出的原因如下:
      (1)快速有限元算法參考以往的有限元求解算法經驗,以C++語言重新編寫程序,程序代碼中盡量減少循環語句,且引入當今世界范圍內軟件程序設計新技術的精華,故極大提高了求解器的速度;
      (2)快速有限元算法使用新的技術開發、管理其資料庫,使程序在讀、寫、打開、保存資料及文件時,能夠大幅提升速度;
      (3)快速有限元算法按獨家數值分析經驗,搜索所有可能的預設條件組合(經過大型復雜運算測試無誤者)來解題,故在求解時快速而能收斂。
       傳統的方法在分析裝配體時是先把零件拆散,然后一個個分別處理,耗時耗力,又存在計算結果不精確的缺點。COSMOSWorks提供了多場/多組件的復雜裝配分析,從而大大簡化工程師的勞動,使得分析能夠更好地模擬真實情況,結果也就更精確。另外,COSMOSWorks含有精確應力分析模塊(AccuStress),這是精確應力計算中一個有著劃時代意義的工具,象征著一個過渡期的劃分網格新技術。在局部區域網格劃分更細密,以提供更精確的應力計算結果進進行產品設計優化。
       傳統的方法是分離成多個問題來解決:拆散裝配體、人工計算每個零件所受的反力,然后分開分析各個零件。缺點是明顯的,沒有裝配的特性、沒有零件和零件的相互作用、繁瑣的人工處理過程,費時費力。而新的方法是直接對裝配體分析,整體地劃分單元網格,只需在裝配體上指定整體載荷和邊界條件,可賦予各個零件不同的材料性質,只一次進行求解。用這種方法容易定義問題,從而快速分析裝配體,并獲得精確的分析結果。
       應用實例
       搖枕是鐵路車輛轉向架上最主要的承載部件,車體全部重量作用在搖枕的心盤與旁承上,而搖枕又將載荷通過彈簧作用在構架上,或通過彈簧作用在搖動臺上,并通過吊桿作用在構架上。搖枕主要材料為鑄鋼,但其上面的各種吊座、承載座又是低合金鋼;趽u枕結構的復雜性、材料的多樣性,多年來對其有限元分析始終不盡人意,并與試驗結果差距較大。圖是某寬軌鐵路客車搖枕,其主體為鑄造的箱形魚腹梁結構,在搖枕的兩端設有安裝垂向減振器的安裝座,內部有縱向加強板,搖枕上焊有牽引拉桿座和旁承座。本文運用SolidWorks三維造型軟件生成了搖枕裝配體結構模型。該裝配體中包括3個子裝配體,25個獨立零件。
    計算載荷的確定和強度評定方法參照EN13749-2005《鐵道應用—輪對和轉向架—規定轉向架構架結構要求的方法》以及TB/T1335-1996《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》的有關內容,將載荷按不同的方案組合,確定出適用于搖枕靜強度分析的超常荷重和運用荷重下計算載荷的多種工況,在這里取運用荷重下的兩種工況加以舉例說明。


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