机械结构优化与仿真分析

第８期　２０１２年８月　机械设计与制造　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　５５　

文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０８—００５５—０３　

卧式停止器结构优化设计与仿真分析　

林巨广刘凯张军程刚　

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥２３０００９）　

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｓｔｏｐｐｅｒ　

ＬＩＮ　Ｊｕ－ｇｕａｎｇ，ＬＩＵ　Ｋａｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ，ＣＨＥＮＧ　Ｇａｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ　２３０００９，Ｃｈｉｎａ）　

【摘要】主要研究了卧式停止器的工作原理以及如何优化分析和建模组装。首先根据结构原　

理图设计外形，完成单个构件初步的三维建模，并运用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ分析软件针对预加载　

荷对建模后的结构做简易的受力分析，从而优化并确定建模尺寸。结合运动副和布局尺寸之间的衔　

接，运用同样的分析方法，依次完成相互连接件的受力分析，最终确定每一个构件的外形尺寸，从而　完成卧式停止器的设计输出。通过以上设计和分析过程，提出了一种简单的结构设计理念，即首先　

构造结构原理图，在结合结构原理图设计出单个构件的雏形，运用软件考虑预加载荷分析构件确定　

构件具体尺寸。　

关键词：卧式停止器；停止器；仿真分析；生产线等　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　，　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｓｔｏｐｐｅｒ　ａｎｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　

ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｌｓｓｅｍｂｌｙ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｄ　

机械结构热变形的仿真与分析

引言：

机械结构的设计与分析在工程领域中起着至关重要的作用。然而，在实际应用中，由于工作条件的变化以及材料的热膨胀等因素，机械结构常常会发生热变形。因此，对机械结构的热变形进行仿真与分析，有助于优化设计、减少故障风险以及提高工作效率。

一、热变形机理的研究

热变形的机理主要由热膨胀和热应力两部分组成。热膨胀是指材料在温度升高时由于分子热运动增强而引起的体积扩张。而热应力则是由于不同材料之间的热膨胀系数不同而产生的应力差异。研究机械结构的热变形机理有助于了解其变形特点，为后续的仿真与分析提供基础。

二、热变形仿真与建模方法

针对机械结构的热变形问题，常常采用计算机仿真与建模的方法进行分析。其中，有限元分析是最常用的方法之一。有限元分析通过将结构离散成多个小单元，在每个单元上建立相应的数学模型，从而求解结构的变形和应力分布。同时，还可以考虑温度场的作用，并得到结构的热变形情况。

三、热变形仿真软件的应用

目前，市场上有许多专门用于机械结构热变形仿真与分析的软件工具。例如，ANSYS、COMSOL Multiphysics等都是常用的仿真软件。这些软件可以对机械结构在不同温度下的变形进行精确的模拟，以及预测结构在不同工作条件下的性能表现。通过仿真软件的应用，设计人员可以直观地了解结构的热变形情况，优化设计方案，并减少试验成本与工期。

四、案例分析：汽车引擎的热变形仿真 以汽车引擎为例，其工作过程中会产生高温，并且涉及到多个机械结构的协同工作。为了保证引擎的正常运行和寿命，有必要对其热变形进行仿真与分析。

首先，利用有限元分析方法，建立汽车引擎的三维模型，并选取合适的材料参数和边界条件。模型中的各个零部件如汽缸盖、汽缸套、曲轴等都考虑到了热膨胀的影响。通过设置不同温度下的工况，模拟引擎在运行状态下的热变形情况。

其次，利用仿真软件对模型进行求解，得到引擎在不同温度下的变形量和应力分布。通过分析结果，可以了解到引擎在工作过程中是否会出现过大的变形和应力集中等问题。如果发现异常情况，可以及时调整设计参数，确保引擎的安全可靠性。

摘 要

有限元分析是机械设计工程师不可缺少的重要工具,它广泛应用于机械产品的设计开发。论文对Pro/MECHANICA Structure模块的基本优化功能进行了介绍,详细论述了其区别于其它有限元软件最显著的特征——利用Pro/ENGINEER参数化工具的优点进行模型的灵敏度分析和优化设计。在Pro/MECHANICA环境下,对支架模型进行静态分析、灵敏度分析及优化设计,得到了满足优化约束的最佳参数和几何模型。在满足强度的条件下, 支架模型达到了质量最轻。优化结果表明利用Pro/MECHANICA软件可以实现实体建模、结构分析及优化设计的无缝集成, 提高了新产品开发的效率和可靠性,

同时为产品的标准化设计提供了参考依据。

关键词 Pro/MECHANICA 有限元分析 支架模型 优化设计

Abstract

The Finite Element Analysis (FEA) is an essential tool for Mechanical Engineer,

and is widely applied to the design and development of engineering products.

This paper introduces basic optimal function of Pro/MECHANICA Structure, and

discusses its most significant feature which is different from other FEA

softwares, that is, using parameter tool of Pro/ENGINEER to carry out

sensitivity analysis and optimal design. In order to obtain the best parameters

机械結構的静力学分析与有限元仿真

机械结构的静力学分析与有限元仿真

近年来，机械结构的设计与分析在工程领域中扮演着至关重要的角色。在设计阶段，静力学分析是不可或缺的一项任务，它能够帮助工程师预测和评估结构的受力情况，为后续的设计优化提供线索。而有限元仿真则是一种基于数值计算的方法，可以模拟和分析机械结构在受力下的行为。

在进行机械结构的静力学分析时，首先需要确定受力和边界条件。通过分析结构的外力和载荷情况，可以推导出结构的内力和位移。然后，结构的受力分布和应力分布可以通过应用力学原理和静力平衡方程来求解。在静力学分析中，经典的力学理论和公式被广泛应用，例如杨氏模量、泊松比和弹性模量等。这些参数能够描述材料的力学特性，对于静力学分析起到了重要的作用。

但是，传统的静力学分析方法往往受到结构复杂性和假设条件的限制。它们无法完全考虑到材料的非线性、结构的非均匀性和连接的非刚性等因素。这就使得静力学分析结果仅具有预测性质，需要进一步进行验证和优化。有限元仿真方法则应运而生，它通过离散化结构，并借助计算机模拟结构在受力下的行为。

有限元仿真是一种基于数值计算的方法，其基本思想是将复杂的结构分成许多简单的有限元单元，然后通过有限元法求解每个单元的受力情况，并将其整合为整个结构的受力分布。有限元仿真的优势在于可以处理大规模和复杂的结构，同时考虑到非线性、非均匀性以及边界条件等。通过有限元仿真，工程师可以更准确地预测结构的受力情况，优化设计方案，提高结构的性能。

有限元仿真的过程包括模型建立、材料参数设定、边界条件设定、网格划分、求解和结果分析等步骤。在模型建立阶段，工程师需要根据实际情况绘制结构的几何模型，并定义结构的材料特性和加载条件。然后，通过数值计算方法将结构分割成有限元单元，并为每个单元设置适当的网格划分。接下来，工程师需要设定结构的边界条件，即结构受力的限制条件。最后，通过数值计算方法求解每个有限元单元的受力情况，并综合分析结果。