solidworks有限元分析16例

注意:本文件内容只是一个简短的分析报告样板，其内相关的分析条件、设置和结果不一定是正确的，您还是要按本书正文所教的自行来做。一、范例名：(GasValve气压阀)1设计要求：（1）输入转速1500rpm。（2）额定输出压力5Mpa，最大压力10Mpa。2分析零件该气压泵装置中，推杆活塞、凸轮轴和箱体三个零件是主要的受力零件，因此对这三个零件进行结构分析。3分析目的（1）验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。（2）分析凸轮轴零件和推杆活塞零件的模态，在工作过程中避开共振频率。（3）计算凸轮轴零件的工作寿命。4分析结果1.。推杆活塞零件材料：普通碳钢。在模型上直接测量得活塞推杆的受力面积S为：162mm2，由F=PS计算得该零件端面的力F为：1620N。所得结果包括：1静力计算：（1）应力。如图1-1所示，由应力云图可知，最大应力为21Mpa，静强度设计符合要求。（2）位移。如图1-2所示，零件变形导致的最大静位移为2.2e-6m。（3）应变。如图1-3所示，应变云图与应力云图的对应的，二者之间存在一转换关系。图1-1应力云图图1-2位移云图图1-3应变云图图1-4模态分析2模态分析：图1-4的“列举模式”对话框中列出了“推杆活塞”零件在工作载荷下，其前三阶的模态的频率远远大于输入转速的频率，因此在启动及工作过程中，该零件不会发生共振情况。模态验证符合设计要求。2。凸轮轴零件材料：45钢，屈服强度355MPa。根据活塞推杆的受力情况，换算至该零件上的扭矩约为10.5N·m。1静力分析：如图1-5所示为“凸轮轴”零件的应力云图，零件上的最大应力为212Mpa，平均应力约为120MPa，零件的安全系数约为1.7，符合设计要求。图1-5应力云图图1-6模态分析2模态分析图1-6的“列举模式”对话框中列出了“推杆活塞”零件在工作载荷下的模态参数，“模式1”的结果为其自由度内的模态，不作为校核参考。第二阶模态的频率远远大于输入转速的频率，因此在启动及工作过程中，该零件不会发生共振情况。模态验证符合设计要求。3．箱体零件按书中尺寸建立模型，零件体积254cm3。材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。对该零件进行静力分析，结果如图1-7所示。模型的最大vonMises为16.1MPa,零件的安全系数约为9.4。图1-7箱体应力云图5零件改进箱体零件的安全系数很大，这里通过减小零件的厚度来减小零件的重量。模型中有很大部分的应力很小，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔，可以去掉部分材料，改进后零件的体积为188cm3。对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-8所示：最大vonMises为26.1MPa，安全系数约5.8。图1-8改进模型应力云图6成本节约模型原来的体积为254cm3，改进后的模型的体积为188cm3，体积减少了66cm3，每件减少的重量为475g，如果生产10000件，那么总共可节省材料4750kg，以当前灰铸铁的市场价格为8000元/吨，那么可以节省38000元。二、范例名：(Lifter升降机构)1设计要求：（1）输入转速1500rpm。（2）额定提升载荷2000N。2分析零件该升降装置中，蜗杆、蜗轮是传动装置，本体零件是主要的承载部分。因此，这里对本体零件进行静力分析。3分析目的验证本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。4分析结果按书中尺寸建立模型，零件体积为68.7cm3。材料选用可锻铸铁，极限应力275.7MPa。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-9所示。模型的最大vonMises为62.1MPa,零件的安全系数约为4.4。图1-9本体零件应力云图5零件改进由零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为62.1MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔，可以对这些部位减小尺寸，从而减轻零件的质量。除了减小了零件的厚度外，还更改了模型上加强筋结构的尺寸和结构。改进后零件的体积为60cm3对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-10所示：最大vonMises为120.5MPa，安全系数约2.3。图1-10改进模型应力云图6成本节约模型原来的体积为68.7cm3，改进后的模型的体积为60cm3，体积减少了8.7cm3，每件减少的重量为63.5g，如果生产10000件，那么总共可节省材料635kg，以当前可锻铸铁的市场价格为10000元/吨，那么可以节省6350元。三、范例名：(ElectromagnetismValve电磁阀)1设计要求：电磁阀的额定工作压力为2MPa，最大工作压力为4MPa。2分析零件该升降装置中本体零件是主要的承载部分。因此，这里对本体零件进行静力分析。3分析目的验证本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。4分析结果按书中尺寸建立模型，零件体积为57.7cm3。材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-11所示。模型的最大vonMises为60.5MPa,零件的安全系数约为2.5。图1-11本体零件应力云图5零件改进由零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为60.5MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔和管罗纹接口等，可以对一些应力较小的部位减小尺寸，从而减轻零件的质量。改进后零件的体积为48.6cm3对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-12所示：最大vonMises为104.1MPa，安全系数约1.46。图1-12改进模型应力云图6成本节约模型原来的体积为57.7cm3，改进后的模型的体积为48.6cm3，体积减少了9.1cm3，每件减少的重量为65.5g，如果生产10000件，那么总共可节省材料655kg，以当前可锻铸铁的市场价格为10000元/吨，那么可以节省6550元。四、范例名：(DrillClamp钻模夹具)1设计要求：夹具用于钻床使用，最大轴向钻削力为1800N。2分析零件该钻模夹具装置中底座和摇摆座两个零件是主要的承载部分。因此，这里对底座和摇摆座零件进行静力分析。3分析目的（1）验证底座零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。（2）验证摇摆座零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。4分析结果1。底座零件按书中尺寸建立模型，零件体积为63.6cm3。材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-13所示。模型的最大vonMises为6.7MPa,零件的安全系数约为22.6。图1-13底座零件应力云图2。摇摆座零件按书中尺寸建立模型，零件体积为42.2cm3。材料选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-14所示。模型的最大vonMises为49.8MPa,零件的安全系数约为3。图1-14摇摆座零件应力云图5零件改进1。底座零件由图1-13的底座零件应力云图可以看出，零件上的最大应力为67.2MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后零件的体积为51.6cm3对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-15所示：最大vonMises为28.1MPa，安全系数约5.4。图1-15改进模型应力云图2。摇摆座零件由图1-14的底座零件应力云图可以看出，零件上的最大应力为49.8MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后零件的体积为37.5cm3对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-16所示：最大vonMises为50.4MPa，安全系数约3。图1-16改进模型应力云图6成本节约底座和摇摆座模型原来的体积分别为63.6cm3和42.2cm3，改进后的模型的体积分别为51.6cm3和37.5cm3，体积共减少了16.7cm3，每件减少的重量为120.24g，如果生产10000件，那么总共可节省材料1202.4kg，以当前灰铸铁的市场价格为8000元/吨，那么可以节省9619.2元。五、范例名：CH07(DieselOilEnginePump柴油引擎燃料泵)1设计要求：该装置为柴油引擎燃料泵，最高工作压力为4MPa。2分析零件件3套筒零件的内腔用来将燃料增压，件3套筒零件的损坏情况可能为强度破坏，也可能为疲劳破坏，因此分析件3套筒零件的静强度和疲劳强度。3分析目的1、验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；2、求解模型在给定工作载荷下的疲劳寿命。4分析结果1．静力分析按书中尺寸建立模型，零件体积为8cm3。材料选用AISI1020，屈服应力351.6MPa。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-17所示。模型的最大vonMises为25.8MPa,零件的安全系数约为13.6。零件安全。图1-17套筒零件应力云图2．疲劳分析周期载荷为P=4MPa，LR=0，周期个数：1000000。对零件进行疲劳分析，得到零件的损坏云图、生命总数云图和安全系数云图分别如图1-18~图1-20所示，由安全系数云图可以看出，零件是安全的。图1-18损坏应力云图图1-19生命总数云图图1-20安全系数云图5小结本节验证了柴油引擎燃料泵装置里件3套筒零件的静强度和疲劳强度，计算结果表明，两项指标均符合设计要求。考虑到成本和结构问题，这里不作改进。六、范例名：(TurningMachine转向机构)1设计要求：该装置为一转向机构，该机构主要用于需要换向的场合，设计工作载荷为600N。2分析零件件1本体零件和件4端盖零件是主要的承载零件，因此，这里对本体和端盖零件进行静强度校核。3分析目的1、验证件1本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；2、验证件4端盖零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；4分析结果两个零件的材料均选用灰铸铁，极限应力151.6MPa。按照书中尺寸进行建模，件1本体零件和件4端盖零件的体积分别为133cm3和16.7cm3，总体积为149.7cm3。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-21所示。模型的最大vonMises为51.3MPa,零件的安全系数约为3。零件安全。图1-21静力分析应力云图5零件改进由图1-21的装配体的应力云图可以看出，零件上的最大应力为51.3MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后两个零件的体积为139.5cm3。对改进后的模型运行静力分析，结果如图1-22所示：最大vonMises为52MPa，安全系数约2.9，零件是安全的。图1-22改进模型应力云图6成本节约本体和端盖零件原来的体积之和为149.7cm3，改进后这两个零件的体积之和为139.5cm3，每件体积减少了10.2cm3，每件减少的重量为73.44g，如果生产10000件，那么总共可节省材料734.4kg，以当前灰铸铁的市场价格为8000元/吨，那么可以节省5875.2元。七、范例名：(AirCompressor空气压缩机)1设计要求：空气压缩机的额定功率为2Kw，输入转速为1450r/min。2分析零件件3曲轴零件和件4连杆零件是主要的传动机构，这里分析这两个零件，包括静力强度、模态和疲劳强度。3分析目的1、验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求；2、求解模型在给定工作载荷下的疲劳寿命。（1）验证件3曲柄零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。（2）验证件4连杆零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。（3）计算件3曲柄零件的模态，在工作过程中避开共振频率。4分析结果计算得输入转矩为：16.5N·m，换算至曲轴和连杆上，相当于作用一571N的力，这里以600N来计算。1．静力分析（1）曲柄零件按书中尺寸建立模型，零件体积为130.4cm3。材料选用普通碳钢，屈服应力220.6MPa。根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-23所示。模型的最大vonMises为23.2MPa,零件的安