基于Solidworks的构件受力分析
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[摘要]材料力学是工科学生很重要的专业基础课，为了增强教学效果，材料力学中构件在载荷作用下的应力应变。可以应用Solidworks软件进行等效虚拟分析。本文试图通过举例说明Solidworks中COSMOSXpress功能的用法，以期对相关的教学有所帮助。
[关键词]Solidworks COSMOSXpress COSMOS／Works 构件载荷
引言
材料力学是工科学生必学的一门专业基础课，其中构件在载荷作用下所产生的应力应变分布变化，一直是教学的重点和难点。如果能把载荷与构件应力分布的关系形象生动地展现给学生，则必然会加深学生对相关知识的理解和掌握，达到事半功倍的教学效果。目前市面上开发的一些三维软件，借助其中的一些功能模拟构件加载的状况，就可以实现形象的构件受力分析图。本文在此着重介绍一种利用Solidworks软件实现构件受力的三维分析方法，以供大家参考。
构件受力变形的三维分析方法
1、Solidworks是我国目前应用的主流三维软件之一，是美国Solidworks 公司基于Windows平台开发的著名的全参数化三维实体造型软件，它具有强大的零件设计、钣金设计、管理设计、绘制二维工程图、支持异地协同工作等功能，它可以实现由三维实体造型向二维工程图的转化，能够使零件设计、装配设计和工程图保持时刻的全相关和同步。该软件所提供的COSMOSXpress功能，使SolidWorks用户在设计周期早期可进行相应应力分析，避免在设计一开始出现不必要的参数设置错误。
COSMOS／Works是Solidworks中的一个设计分析插件，它能够进行应力分析、应变分析、变形分析、热分析、设计优化、线性和非线性分析，提供压力、频率、约束、热量，和优化分析。其分析计算结果可以直观地显示在SolidWorks 精确的设计模型上，为设计工程师在SolidWorks环境下提供比较完整的分析手段。
2、利用SolidWorks中提供的COSMOSXpress功能，可以很容易地把构件在受载状况下产生的应力分布分析出来，并生成相应的分析图。此功能操作简单，分析准确，出图清晰，完全可以在材料力学的教学中借鉴引用。使用COSMOS，Xpress完成分析需要以下五个步骤：
(1)构造等效的构件模型；
(2)定义构件模型的材料；
(3)确定约束部位；
(4)添加相应载荷；
(5)分析构件，查看分析结果。
下面就以图1所示的悬臂梁为例来说明利用COSMOSX—press模拟构件受载状况，作出受力分析图协助教学的操作过程。假定悬臂梁为一20的圆轴，材料为普通碳钢。具体做法如下：
第一步：点击进入SolidWorks的零件设计界面，构造等效模型如图2。
第二步：点击COSMOSXpress图标，按要求设置构件材料为普通碳钢，给左端面添加约束，右端头施加载荷F=IOON。
第三步：按要求设定各种参数后，点击运行，运行的应力分布结果如图3
所示。如果需要，分析结果还可以采用动画形式显示。
图3中很形象地显示出悬臂梁在载荷的作用下，应力由右向左逐渐增大，最大拉应力在根部的最上端，最大压应力在根部的最下端，也既最危险截面就是根部截面。一般教师在讲授这部分内容时，都是先给出公式，然后按公式给学生分析结果，如果在给学生讲授的同时，应用多媒体教学手段虚拟出相应的效果图，甚至可以利用COSMOSXpress中的动画模拟作出动画效果，让课堂内容立体鲜活起来，必然会加深学生的印象和理解。
应用COSMOS／Works在材料力学中可以作复杂的受力分析，操作过程也可分为五个步骤：
(1)选择分析类型和选项；
(2)设置材料；
(3)添加载荷和约束；
(4)划分网格：
(5)运算结果。
分析过程与COSMOSXprcss很相似，这里不再举例说明。
结束语
SolidWorks软件完全可以满足材料力学中各种应力应变状况的虚拟。随着计算机技术的迅猛发展，各种应用软件的层出不穷，各行各业都受益匪浅。现在高职教育中已普遍应用多媒体教学手段，只要善于学习和借鉴，就可使工科教学中许多抽象难解的理论知识变的具体化、形象化，从而有效地促进教学，提高教学效果。
轴心受力构件的强度和刚度计算 1．轴心受力构件的强度计算 轴心受力构件的强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服应力为承载力极限状态。轴心受力构件的强度计算公式为 f A N n ≤= σ （4-1） 式中： N ——构件的轴心拉力或压力设计值； n A ——构件的净截面面积； f ——钢材的抗拉强度设计值。 对于采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算净截面强度时一部分剪力已由孔前接触面传递。因此，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，应按下式计算： f A N n ≤= ' σ （4-2） 'N =)5 .01(1 n n N - （4-3） 式中： n ——连接一侧的高强度螺栓总数； 1n ——计算截面（最外列螺栓处）上的高强度螺栓数； ——孔前传力系数。 采用高强度螺栓摩擦型连接的拉杆，除按式（4-2）验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度 f A N ≤= σ （4-4） 式中： A ——构件的毛截面面积。 2．轴心受力构件的刚度计算 为满足结构的正常使用要求，轴心受力构件应具有一定的刚度，以保证构件不会在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形，以及使用期间因自重产生明显下挠，还有在动力荷载作用下发生较大的振动。 轴心受力构件的刚度是以限制其长细比来保证的，即
][λλ≤ （4-5） 式中： λ——构件的最大长细比； [λ]——构件的容许长细比。 3. 轴心受压构件的整体稳定计算 《规范》对轴心受压构件的整体稳定计算采用下列形式： f A N ≤? （4-25） 式中：?——轴心受压构件的整体稳定系数，y cr f σ?= 。 整体稳定系数?值应根据构件的截面分类和构件的长细比查表得到。 构件长细比λ应按照下列规定确定： （1）截面为双轴对称或极对称的构件 ? ?? ==y y y x x x i l i l //00λλ （4-26） 式中：x l 0，y l 0——构件对主轴x 和y 的计算长度； x i ，y i ——构件截面对主轴x 和y 的回转半径。 双轴对称十字形截面构件，x λ或y λ取值不得小于t （其中b/t 为悬伸板件宽厚比）。 （2）截面为单轴对称的构件 以上讨论柱的整定稳定临界力时，假定构件失稳时只发生弯曲而没有扭转，即所谓弯曲屈曲。对于单轴对称截面，绕对称轴失稳时，在弯曲的同时总伴随着扭转，即形成弯扭屈曲。在相同情况下，弯扭失稳比弯曲失稳的临界应力要低。因此，对双板T 形和槽形等单轴对称截面进行弯扭分析后，认为绕对称轴（设为y 轴）的稳定应取计及扭转效应的下列换算长细比代替y λ [] 2 /122202022222)/1(4)()(2 1 z y z y z y yz i e λ λλλλλλ--+++= )/7.25//(2 202ωωλl I I A i t z +=
练习五 受弯构件 一、选择题（××不做要求） 1．计算梁的（ A ）时，应用净截面的几何参数。 A ）正应力 B ）剪应力 C ）整体稳定 D ）局部稳定 2．钢结构梁计算公式nx x x W M γσ= 中，γx （ C ）。 A ）与材料强度有关 B ）是极限弯矩与边缘屈服弯矩之比 C ）表示截面部分进人塑性 D ）与梁所受荷载有关 ××3．在充分发挥材料强度的前提下，Q235钢梁的最小高度h min （ C ）Q345钢梁的h min （其他条件均相同）。 A ）大于 B ）小于 C ）等于 D ）不确定 ××4．梁的最小高度是由（ C ）控制的。 A ）强度 B ）建筑要求 C ）刚度 D ）整体稳定 5．单向受弯梁失去整体稳定时是（ C ）失稳。 A ）弯曲 B ）扭转 C ）弯扭 D ）都有可能 6．为了提高梁的整体稳定，（ B ）是最经济有效的办法。 A ）增大截面 B ）增加支撑点，减小l 1 C ）设置横向加劲肋 D ）改变荷载作用的位置 7．当梁上有固定较大集中荷载作用时，其作用点处应（ B ）。 A ）设置纵向加劲肋 B ）设置横向加劲肋 C ）减少腹板宽度 D ）增加翼缘的厚度 ××8．焊接组合梁腹板中，布置横向加劲肋对防止（ A ）引起的局部失稳最有效，布置 纵向加劲肋对防止（ B ）引起的局部失稳最有效。 A ）剪应力 B ）弯曲应力 D ）复合应力 D ）局部压应力 ××9．确定梁的经济高度的原则是（ B ）。 A ）制造时间最短 B ）用钢量最省 C ）最便于施工 D ）免于变截面的麻烦 ××10．当梁整体稳定系数φb ＞0.6时，用φ’b 代替φb 主要是因为（ B ）。 A ）梁的局部稳定有影响 B ）梁已进入弹塑性阶段 C ）梁发生了弯扭变形 D ）梁的强度降低了 ××11．分析焊接工字形钢梁腹板局部稳定时，腹板与翼缘相接处可简化为（ D ）。
solidworks 受力分析教程 作者：JingleLi ()本教程通过承载花盆分析花架受力情况，如下图。 1.在插件工具栏选择Simulation 加载插件 匸吿乂忡臼殊宕1视荃I*刘人训二具11；E□.閉輕呵L J y 谕0% 少迪? t S CkcurlVVQik? Ph°怖View kanlo^O SOUDV^ORKS SCi>*VC^K5 50UDWOA.C SOLO^OR*S lo-Anaiysl 3Cfl MotiOR flouting TcofcDM
5.应用材料：选择零件（可批量选择），然后点击选择适合的应用材料，也可以通过在组装 体或者零件中的材质选择材料。将所有零件材料配置完成进行下一步。
6. 夹具顾问：夹具顾问下有二级菜单，可按照实际设计选择夹具，本例子是花架，点击“夹 具顾问”在右栏添加夹具，或者直接点击固定几何体操作。按照提示添加固定面， 固定的面 会显示绿色固定钉。 7. 外部载荷顾问：外部载荷顾问也有二级菜单，根据受力情况选择，花架承受花盆的重力, 选择引力选项， 进入后选择基准面和受力方向。 拯 SOL/D^WKS 梵4p= 朱就袒专时世上血 丄帥 ￡lni.：iti 师 坯一(W) 牛討1鬥 才 ? 宾貧架?\s F < 1 E S3 4JS 1C20 PC 庁儿 AJ9 1035 詔聞 AJ5i io*5 C3，二 杏串jUM ；外垃 ?^-=芒 '3( -I^J 3)■亠 AISl 旳 3口 3t￡才书工抵卡勺 cpCJ jEffJ?m-Jr m *■ I > Jr>j JtflJI.Oflm? m* 1?:, *氐ffi?飙5加九『沁)± 卜證卑铳性吟13 ?證舷克也和 f 趾亏可戌性常U 351 痒 Q74隐 153； A151347驭押涵|⑥ AI5HL3Q Ji>. '^~r\ 365； AI9
管道支吊架受力分析总结 管道安装在机电安装工程中占较大的比重，而管道支吊架的制安在管道安装中扮演着主要的角色，它直接关系到管道的承重流向及观感。有些支吊架不但影响观感，更存在着安全隐患，为了消除管道支吊架存在的各种隐患，使管道支吊架制安达到较高水平，有必要对管道支吊架进行荷载受力分析，确保支吊架荷载在安全范围以内。 选取宝鸡国金中心-购物中心地下室某段压力排水管道进行受力分析： 系统：压力排水 材质：镀锌钢管 管径：DN100 管道数量：两根 两支架间距：6米 一、管道重量由三部分组成：按设计管架间距内的管道自重、满管水重及以上两项之合10%的附加重量计算（管架间距管重均未计入阀门重量，当管架中有阀门时，在阀门段应采取加强措施）。 1、管道自重： 由管道重量表可查得，镀锌钢管 DN100：21.64Kg/m ，支架间距按6米/个考虑,计算所得管重为： f1=21.64*6kg=129.84kg*10=1298.4N 2.管道中水重 f2=πr2ρ介质l=3.14*0.1062*1000*6kg=211.688kg=2116.88N 3、管道重量 f=f1+f2+(f1+f2)*10%=3756.81N 4、受力分析 根据支架详图，考虑制造、安装等因素，系数按1.35考虑，每个支架受力为： F=3756.81*1.35/2=2535.85N 假设选取50*5等边角钢（材质为Q235）做受力分析试验 分析过程： 1、支架建立 1）在REVIT导出要进行分析的支架剖面，然后打开solidworks软件,打开保存好的CAD支架剖面图；
2）通过草图绘制工具绘制支架轮廓； 3）通过插入-焊件-结构构件选择50*5等边角钢，并在绘制好的轮廓图上依次描图（如果没有需要的型钢号，可以下载国标型钢库放在solidworks指定的文件夹）； 绘制型钢轮廓型钢的选择支架建立 4）赋材质：对支架模型赋予普通碳钢材质； 2、支架加载 1）定义受力面：对横担的水管投影区域进行分割，便于为下一步载荷选择指定面（我们等效管道的作用力集中在水平中心截面）； 2）边界条件、载荷的定义:对支架的上端进行固定，保证在力的加载过程中不晃动，对支架进行加载，力的大小为2535.85N; 定义受力面力的加载 3、受力分析 从图中可以看出屈服力大小为220.594MPa，而最大应力只有164.125MPa，最大应力小于屈服力的大小，型钢处于弹性应力应变阶段。 1）应力、应变关系如下： 绘制成应力应变曲线图如下： 从图中可以看出，应力/应变曲率变化不明显，处于弹性应力应变行为阶段，各部位均没有发生屈服现象。 由相关资料可查得50*5等边角钢的抗拉强度σb=423MPa，抗剪强度σr=σb*0.8=338.4MPa，型钢吊杆拉伸强度小于它的抗拉强度，型钢横担小于它的抗剪强度，所以50*5等边角钢可以满足使用要求。 2）危险部位应力分析 图中的蓝色区域为支架应力最大的地方，也即该处最容易发生变形与开裂，在设计中应对有较大变形的地方，解决办法有两个：1、加固，可以通过增加肋板来加固，在型钢焊接的地方更应该满焊以此增大接触面，从而减小开裂的可能；2、通过选择更大规格的型钢来试验，直到满足设计要求为止。 通过上述例子，如果我们选择40*4的等边角钢来试验，通过计算和分析校核，发现可以满足使用要求，从而更加节省了型钢的用量。 以上分析只考虑了垂直方向的载荷，实际上对于有压管道，同时存在水平方向的受力，所以我们分开单独分析一下。 二、支架水平方向受力
solidworks受力分析教程 作者：JingleLi（）本教程通过承载花盆分析花架受力情况，如下图。 1.在插件工具栏选择Simulation加载插件 2. Simulation加载完成后选择工具栏，点击新算例 3.选择静应力分析，可以更改静应力分析的名称
4.依照工具栏的顺序，按提示操作一步一步进行。 5.应用材料：选择零件（可批量选择），然后点击选择适合的应用材料，也可以通过在组装体或者零件中的材质选择材料。将所有零件材料配置完成进行下一步。
6.夹具顾问：夹具顾问下有二级菜单，可按照实际设计选择夹具，本例子是花架，点击“夹具顾问”在右栏添加夹具，或者直接点击固定几何体操作。按照提示添加固定面，固定的面会显示绿色固定钉。 7.外部载荷顾问：外部载荷顾问也有二级菜单，根据受力情况选择，花架承受花盆的重力，选择引力选项，进入后选择基准面和受力方向。
8.连接顾问：连接顾问同样有二级菜单，点击“连接顾问”安排说明步骤选择结合-焊接、粘合剂，如果在组装体中各个面配合好，可以不用设置此项。 9.本例子无壳体，所以以上设置完后点击“运行此算例”直接进行计算。计算完查看结果。 10.结果查看与分析：分析完后看到架子受力变形很厉害，软件自动将变形形状放大很多倍数，便于查看变形结果。
但实际变形量需要设置才能看清楚，双击左边结果中的“应力”，设置变形为真实比例或自定义变形比例，选择适当单位，图标选项中选择浮点查看，以方便查看数据。 颜色的变化对应右边彩图可以知道受力大小，从此结果分析可以评估架子承受大小，易受力变形的点，和变形后的形状等。
第３ｌ卷第５期基于鲥ｉｄＷ唧ｋｓ的齿轮精确建模与应力分析 文章缩号：Ｉ∞４—２铅９ｆ∞沂Ｊ街一００岱一ａ２ 基于ｓｏｌｉｄｗｏｒｌｃｓ的齿轮精确建模与应力分析 （陕西科技大学机电工程学院，陕西成阳７１２０８１）曹西京程伟超郭炎伟 摘要渐开线齿轮的三维实体造型是一个技术难题，如何精确地绘制出齿轮的渐开线是建模的关键。本文介绍了在Ｓ０１ｉｄｗｄ∞环境中几种齿轮精确建模的方法，以及如何利用ｓｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中嵌入的ｃ０ＳＭ（）ｓｘｐ—ｓ插件，对齿轮进行应力分析。 关键词齿轮三堆建模ｓｏｌｉｄｗｏｒｌｃｓＣ０ｓＭＯｓＸＰⅫ应力分析 引言 鲥ｉｄＷ０ｌ｛（８作为一种主流的三维设计软件，操作简 便，功能强大，在参数化特征造型、曲面造型和机械装 配功能方面尤为突出。而Ｓ０１ｉｄｗｏｄ口本身没有齿轮设 计模块，由于它的草图功能有限，要直接绘制渐开线并 生成较为精确的渐开线齿轮三维模型就很困难。 ｃｏｓＭ０ｓｘｐｒｅ∞是ｓｏｂｄｗ胡【ｓ中提供的用于零件应力有 限元分析的高效工具。作为ＳＲＡｃ（ｓ帅ｃｔｕｌａｌＲｅｓｅａｒｃｈ ＆ＡｒＩａｌｙｓｉｓ ｃｏｒｐｏ吼ｉ∞）公司产品ｃＯｓＭＯｓｗｏｒｋ８产品的 一部分，与Ｓ０ｂｄｗ池无缝集成。使用ＣＯｓＭＯＳｘｐｒ≈∞ 可以在三维设计环境中直接对零件进行应力分布检 查，以找出设计的缺陷和薄弱环节，提高设计质量及零 件的可靠性。 ｌ精确建模‘“ １．２ｌ，１利用ＣＡｘＡ生成渐开线齿轮草图 ｃＡｘＡ电子图板是国内常用的二维ｃＡＤ软件，带 有齿轮绘制模块，而ＡｕｔｏｃＡＤ却没有该功能。下面介 绍以ｃ＾ｘＡ辅助生成齿轮渐开线，然后在ｓｏｌｉｄｗｏｒＩ蹬 中进行齿轮建模的方法。 首先，打开ＣＡｘＡ，点击勰，进入齿轮参数对话 框（图１），输入所需的参数后，生成齿形图（图２），保存 为．ｄｗｇ或．ｄ矗格式。然后打开ｓｏｌｊｄｗｏｒｋｓ，通过文件 选项直接打开刚才保存的．“ｇ或，ｄ矗文件，在第二个 对话框中选择“以草图输入到新的零件”，最后生成齿 轮草图（图３），接着拉深，拉伸长度即齿宽，完成建模。 １．２利用ＡｕｔｏｃＡＤ生成渐开线齿轮草图 利用ＡｕｔｏｃＡＤ自带的Ａｕｔｏｌｂｐ开发工具，编制一 个生成渐开线曲线的程序，接着加载、运行，即可生成 渐开线齿轮二维图形，保存为．ｄ帐或．ｄｄ格式。在 驯ｌｄｗｏｆｋｓ中采用和导入ｃＡ）认草图一样的导人方 式，生成齿轮草图，拉伸生成模型。图１齿轮参数对话框 图２在ｃＡｘ＾中生成的 渐开线齿轮草图 图３导人到ｓ洲ｗｍｂ图４利用编程工具在伽ｄｗ幽后，生成的齿轮草图中生成的单个齿草图 利用编程法生成渐开线齿轮草图 渐开线直坐标参数方程为 互＝ｍ（ｃ０可＋ｊｓｉ町） ｙ；瞄（ｓｉＩ“＋，ｏｏ酊） 利用Ⅶ或者ｃ＋＋编制一个生成渐开线曲线的 程序，计算出渐开线上多个点的坐标，注意，点太少，影 响渐开线的精度。保存为．戗ｔ格式。打开Ｓ０ｂｄｗｏｒｋｓ， 利用“插入”下拉菜单中的“曲线”级联菜单中的“通过 参考点的曲线”选项，在弹出的对话框中单击“浏览”按 钮，打开刚才保存的渐开线文件，生成渐开线，此时生 成的是单个齿的齿形（图４），圆周阵列即可得到全部 齿廓曲线。接着拉伸草图即可得到所要的齿轮。 相比较之下，利用ＣＡｘＡ来生成齿轮草图，最为便 捷，又可保证精度。我们不但可以生成圆柱直齿轮，还 可以利用Ｓｏｌｉｄｗｏｄ口的“敷样”、“扫描”功能来生成圆 柱斜齿轮和圆锥直齿轮。 ２应力分析幢’３ｊ 齿轮实体模型创建完成后，可以进行应力、应变分 万方数据
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： (Gas Valve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
1．下列情况中，属于正常使用极限状态的情况是 【 D 】 A 强度破坏 B 丧失稳定 C 连接破坏 D 动荷载作用下过大的振动 2．钢材作为设计依据的强度指标是 【 C 】 A 比例极限f p B 弹性极限f e C 屈服强度f y D 极限强度f u 3．需要进行疲劳计算条件是：直接承受动力荷载重复作用的应力循环次数 n 大于或等于 【 A 】 A 5×104 B 2×104 C 5×105 D 5×106 4．焊接部位的应力幅计算公式为 【 B 】 A max min 0.7σσσ?=- B max min σσσ?=- C max min 0.7σσσ?=- D max min σσσ?=+ 5．应力循环特征值（应力比）ρ=σmin /σmax 将影响钢材的疲劳强度。在其它条件完全相同 情况下，下列疲劳强度最低的是 【 A 】 A 对称循环ρ=-1 B 应力循环特征值ρ=+1 C 脉冲循环ρ=0 D 以压为主的应力循环 6．与侧焊缝相比，端焊缝的 【 B 】 A 疲劳强度更高 B 静力强度更高 C 塑性更好 D 韧性更好 7．钢材的屈强比是指 【 C 】 A 比例极限与极限强度的比值 B 弹性极限与极限强度的比值 C 屈服强度与极限强度的比值 D 极限强度与比例极限的比值. 8．钢材因反复荷载作用而发生的破坏称为 【 B 】 A 塑性破坏 B 疲劳破坏 C 脆性断裂 D 反复破坏. 9．规范规定：侧焊缝的计算长度不超过60 h f ，这是因为侧焊缝过长 【 C 】 A 不经济 B 弧坑处应力集中相互影响大 C 计算结果不可靠 D 不便于施工 10．下列施焊方位中，操作最困难、焊缝质量最不容易保证的施焊方位是 【 D 】 A 平焊 B 立焊 C 横焊 D 仰焊 11．有一由两不等肢角钢短肢连接组成的T 形截面轴心受力构件，与节点板焊接连接，则肢 背、肢尖内力分配系数1k 、2k 为 【 A 】 A 25.0,75.021==k k B 30.0,70.021==k k C 35.0,65.021==k k D 35.0,75.021==k k 12．轴心受力构件用侧焊缝连接，侧焊缝有效截面上的剪应力沿焊缝长度方向的分布是 【 A 】 A.两头大中间小 B. 两头小中间大 C.均匀分布 D.直线分布 . 13．焊接残余应力不影响钢构件的 【 B 】
局部其他零部件接触全局接触 SOLIDWORKS Simulation 带接触的装配体分析 与零件相比较，装配体在分析的过程中多了零件与零件之间受力过程，而这个过程在我们软件中是采用接触来表征的。所以，要想做好装配体的分析，必须理解软件中各种接触的含义和使用情况。 在装配体算例中，Simulation Study 树中会出现一个【连结】的文件夹，需要在该选项下指定如何将零部件连接在一起。 在Simulation 中，接触分三个层级： 全局接触、零件接触和局部接触，这三种类 型接触的优先级如右图所示，局部接触比零 部件接触具有更高的优先权，而全局接触受 制于其他零部件接触，局部接触条件优先于 全局和零部件接触条件，未指定零部件或局 部接触条件的所有相触面使用全局接触条件。其中【全局接触】是顶层装配体默认选项，通常可以删除并重新定义；【零部件接触】用于定义零部件之间相互连接的方式，可选的选项如下图所示：
【局部接触】中在零部件接触的三种接触类型的基础上，还有冷缩配合和虚拟壁这两种接触类型，如下图所示： 了解了这些基本知识后，开始对装配体进 行分析： 以虎钳的“挤压”工况为例， 虎钳（普通碳钢）对一块钢板进行挤压，虎 钳的末端受到450N的压力，通过使用零部 件接触和相触面组分别进行计算，最后不使
用简化模型，使用相触面组进行计算。 在分析之前，首先对模型进行简化处理，由于对虎钳和钢板之间受力并不关注，而平板的形变也近似为0，因此通过给予虎钳合适的约束条件来取代平板。 对于装配体的接触，由于嵌体和销钉之间虽然是相对静止的，但它们彼此之间 存在滑移的趋势，因此采用“无穿透”配合来处理。具体操作步骤如下： 1.使用零部件接触计算 在设置好材料属性（合金钢）、外部载荷（钳 臂处450N）之后，右键【连接】-【零部件 接触】-【无穿透】 勾选【全局接触】或者选取三个零部件，； 由于在分析过程中，无需考虑摩擦力因此不 勾选该选项； 采用默认网格进行计算后，得到应力及位移 结果如下图所示： 最大应力VONMISE（Mpa）276.02 合位移（mm） 1.04
1、建筑体系 1-1、门式刚架体系 1-1-1、基本构件图 1-1-2、说明 力学原理 门式刚架结构以柱、梁组成的横向刚架为主受力结构，刚架为平面受力体系。为保证纵向稳定，设置柱间支撑和屋面支撑。 刚架 刚架柱和梁均采用截面H型钢制作，各种荷载通过柱和梁传给基础。 支撑、系杆 刚性支撑采用热轧型钢制作，一般为角钢。柔性支撑为圆钢。系杆为受
压圆钢管，与支撑组成受力封闭体系。 屋面檩条、墙梁 一般为C型钢、Z型钢。承受屋面板和墙面板上传递来的力，并将该力传递给柱和梁。 1-1-3、门式刚架的基本形式 a.典型门式刚架 b.带吊车的门式刚架 c.带局部二层的门式刚架
1-1-4、基本节点 a.柱脚节点 铰接柱脚刚接柱脚一刚接柱脚二b.梁、柱节点
柱头节点一柱头节点二梁间连接节点 吊车梁牛腿节点抗风柱连接节点 ■局部二层节点参照多层框架体系。 1-1-5、刚架衍生形式 a.单坡单跨 b.山墙刚架 c.连跨多屋脊 d.连跨单屋脊 e.单坡连跨
■吊车和局部二层可在衍生形式刚架中布置。 ■山墙刚架其本质也是多连跨刚架，不过中间柱与刚架柱比截面旋转了90度。
1-2、多层框架体系 1-2-1、框架图示 1-2-2、说明 力学模型 a.纯刚接框架：纵横两个方向均采用刚接的框架。 b.刚接-支撑框架：横向采用刚接，纵向采用铰接，并在纵向设置支撑，以传递水平力。 c.支撑式框架：纵横向均采用铰接，两向均设置支撑传递水平力。 d.有时为保证足够的刚度，在刚接框架中亦设置支撑。 框架柱 框架柱可采用H型截面、箱形截面、十字形截面、圆管形截面等。所有上部结构的力都通过框架柱传递给基础。 框架梁 框架梁一般采用H型截面。楼盖和屋盖上的力通过框架梁传递给框架柱。
S o l i d W o r k s支架受力 分析报告 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
管道支吊架受力分析总结 管道安装在机电安装工程中占较大的比重，而管道支吊架的制安在管道安装中扮演着主要的角色，它直接关系到管道的承重流向及观感。有些支吊架不但影响观感，更存在着安全隐患，为了消除管道支吊架存在的各种隐患，使管道支吊架制安达到较高水平，有必要对管道支吊架进行荷载受力分析，确保支吊架荷载在安全范围以内。 选取宝鸡国金中心-购物中心地下室某段压力排水管道进行受力分析： 系统：压力排水 材质：镀锌钢管 管径：DN100 管道数量：两根 两支架间距：6米 一、管道重量由三部分组成：按设计管架间距内的管道自重、满管水重及以上两项之合10%的附加重量计算（管架间距管重均未计入阀门重量，当管架中有阀门时，在阀门段应采取加强措施）。 1、管道自重： 由管道重量表可查得，镀锌钢管 DN100：m ，支架间距按6米/个考虑,计算所得管重为： f1=*6kg=*10= 2.管道中水重
f2=πr2ρ l=**1000*6kg== 介质 3、管道重量 f=f1+f2+(f1+f2)*10%= 4、受力分析 根据支架详图，考虑制造、安装等因素，系数按考虑，每个支架受力为： F=*2= 假设选取50*5等边角钢（材质为Q235）做受力分析试验 分析过程： 1、支架建立 1）在REVIT导出要进行分析的支架剖面，然后打开solidworks软件,打开保存好的CAD支架剖面图； 2）通过草图绘制工具绘制支架轮廓； 3）通过插入-焊件-结构构件选择50*5等边角钢，并在绘制好的轮廓图上依次描图（如果没有需要的型钢号，可以下载国标型钢库放在solidworks指定的文件夹）； 绘制型钢轮廓型钢的选择支架建立 4）赋材质：对支架模型赋予普通碳钢材质； 2、支架加载
CosmosWorks装配体分析接头篇（一）简介 简介 本白皮书仅适用于由通过螺栓、螺钉、销钉或弹簧连接的多个零件构成的装配体组成的产品。不同类型的装配体有着不同的模拟难点。但它们相同的一点是，都需要模拟连接装配体零部件的接头，这种模拟通常需要广泛的分析知识和大量时间。 专业的分析人员发现，尽管他们有专业的知识和经验，进行装配体分析仍然非常困难，并且需要消耗大量时间。例如，要模拟销钉连接（也就是一对圆筒由销钉连接配合到一起，销钉允许或限定零件之间的旋转，例如钳子可能用到的连接），专业的分析人员通常必须对穿过铰链圆筒的销钉进行建模，并定义销钉和圆柱表面之间的缝隙接触，然后才能开始真正的分析。分析人员还需要知道使用多大的销钉。 设计工程师日常工作中最重要的部分是产品设计，而不是模拟；他们不是专业分析人员。他们非常忙，没有时间以传统的方式模拟接头。 但是如果他们不必以传统方式进行模拟，如果他们使用的软件有足够的智能为他们完成其中最困难的部分，这该有多好？ 这正是COSMOSWorks和COSMOSDesignSTAR所能做的。这两个程序中包含虚拟的接头，使得分析包含销钉、弹簧、螺栓和螺钉的装配体变得非常轻松和快速。 这些虚拟接头背后的概念与几代专业分析人员一直使用的概念完全相同。COSMOS在精确度上没有任何折扣。 它提供简洁的用户界面，采用直接简单的输入，将许多以前由分析人员执行的任务放到软件中执行，从而提供全面、精确的结果。 CosmosWorks装配体分析接头篇（二）销钉接头 销钉接头 便携式计算机、剪刀式升降机、钳子以及致动器之类的产品的铰链一般都会使用销钉接头。 每个人都非常熟悉的一个实例就是钳子（图1）。销钉穿过钳子的两个柄，活动钳柄即可打开或合上钳口。在传统的有限元分析(FEA)中，模拟销钉行为的典型方法是在有限元网格中对销钉零件进行建模，然后由分析人员定义销钉和钳柄的圆柱面之间的接触。 此主题相关图片如下：
1.摩擦型高强度螺栓工作机理是什么 答：依靠连接板件间的摩擦力来承受荷载，以板件间的摩擦力刚要被克服作为承载能力极限状态。 2.拉杆为什么要控制刚度如何验算拉杆允许长细比于什么有关 答：（1）防止由于长细比过大在运输、施工过程中产生较大的变形，同时因自重作用产生较大挠度，对承受动力荷载的构件还将产生较大的振幅（2）控制其长细比小于容许值。（3）允许长细比与构件类型的重要性、承受荷载的性质和截面的类型有关。 3.建筑结构用钢材必须具备哪些特点 答：强度高、塑性好、冲击韧性好，具有良好的加工性能，对于焊接结构需要有良好的可焊性。 4.我国钢结构设计规范梁的整体稳定验算中为什么要引入等效弯矩系数 答：以承受纯弯曲的压弯构件作为依据，并取βmx=，对其他压弯构件规范所取βmx值可称为等效弯矩系数，其他荷载形式等效于纯弯曲形式时引入的βmx值。 5.钢结构规范规定哪些情况下，可不验算梁的整体性 答：1.当梁上有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移； 2.当梁在跨中设有中间侧向支承，使梁的整体性稳定性临界弯矩高于或接近于梁的屈服弯矩，此时在验算了梁的抗弯刚度后也就不需要验算梁的整体性； 3.规范规定工字形截面（含H形钢）简支梁不需稳定性验算的最大长宽比的值； 4.规范规定当箱形截面尺寸满足高宽比不大于6且长宽比不超过95时，不验算稳定性。6.钢材有哪几项基本技术指标各项指标可以来衡量钢材那些方面的性能 答：（1）屈服强度、抗拉强度、弹模、伸长率、断面收缩率、冷弯性能、冲击韧性及可焊性。（2）屈服点反映强度指标；抗拉强度反映强度储备；弹模反映应力应变关系；伸长率、断面收缩率反映钢材塑性性能；冷弯试验评估钢材质量优劣；冲击韧性衡量钢材抵抗脆性破坏和动力荷载的能力，是强度和塑性的综合体现。 7.焊接残余应力对结构有什么影响 答：不影响构件静力强度；降低构件稳定承载力；降低结构的疲劳强度；降低结构的刚度；加速构件的脆性破坏；残余变形影响安装、正常使用。 8.焊接组合工字型压弯构件和受弯构件的腹板是否都存在失稳问题，若存在，梁结构中采 用什么措施保证其不失稳 答：（1）存在。（2）对于翼缘板可限制其宽厚比；对于腹板可配置加劲肋；考虑腹板的屈服后强度。
第四章 平面机构的力分析 §4-1机构力分析的目的和方法 1、作用在机械上的力 驱动力：∠VS 锐角（驱动力→原动力） 作功 生产阻力（有效阻力） （+、-） 阻力 : ∠VS 钝角 有害阻力 常见的作用力：原动力、摩擦力、运动副反力、重力、“惯性力” 2、机构力分析的目的和方法 影响及其运动的动力性能→运转性能、调速、平衡、振动、功率分析 力（力矩） 后续机械设计重要参数→尺寸、机构、强度 确定运动副反力→ 强度、摩擦磨损、效率 任务（目的） 确定机构的平衡力（或平衡力矩）→原动机功率？克服生产阻力？ §4-2构件惯性力的确定 假设已知构件质量、转动惯量（实际设计中可采用类比法，初估计，再逐步修正）及运动参数。 1、 做平面复合运动构件 两者可合二为一：力偶等效原理 2、做平面移动构件 0=ε 3、绕定轴转动构件 §4-3质量代换法 1、静代换问题求解 解决方法 图解法 （均不考虑构件的弹性变形，属于一般刚体运动学、动力学问题） 解析法 惯性力 s I a m P -= 惯性力矩 εs J M -= 绕质心轴转动 0=s a 绕非质心轴转动 只需考虑惯性力 刚体 几个集中质量 使问题简化 （有质量、转动惯量） （一般是2个） 用于平衡调速 代换代换前后总质量不变 代换前后质心不变 代换前后转动惯量不变 静代换 动代换
任取B 、C 为代换点： 解得：代换质量 2、 动代换问题的求解 解得 结论： 1） 静代换简单容易，其代换点B 、C 可随意选取。 2） 动代换只能随意选定一点，另外一点由代换条件确定。 3） 使用静代换，其惯性力偶矩将产生误差： ()[] [][]ε εε εmb c k mbc I c b bc c b cb m I c m b m I M C C C B C I --=--=????? ????? ??+++--=?+?--=?2222 4） m m m C B =+ c m b m c B ?=? c b c m m B += c b b m m c += m m m k B =+ k m b m k B ?=? c k B I k m b m =+22 (原构件转动惯量) k b k m m B += k b b m m k += B C m I k =
基于Solidworks 软件的应力分析 Solidworks 中有限元分析插件CosMos/Works 分析零件的静力学性能，得出载荷分布情况，定性的分析极限载荷（这里指的是最大扭矩）下的应力，应变分布及其安全性能。 其分析流程如下： 1、建立一个简化的分析模型； 2、指定材料、元素和截面； 3、加约束和载荷； 4、设定网格； 5、执行分析； 6、结果显示； 7、生成研究报告。 分析对象 电机轴及啮合处的变速器输入轴，离合器花键轴及啮合处的离合器从动盘，电机轴和离合器花键轴之间的联接螺栓（M12x40，10.9级）。 材料 目前公司所用的变速器输入轴材料为20CrMnTi ，考虑其受力情况，材料不一致，其强度就会不一样，容易导致强度差的失效，因此根据目前情况，电机轴和离合器花键轴均选用20CrMnTi 。 20CrMnTi 用于制作渗碳零件，渗碳淬火后有良好的耐磨性和抗弯强度，有较高的低温冲击韧性，切削加工性能良好，承受高速、中载或重载以及冲击和摩擦的主要零件。 对于截面为15的样件，经过第一次淬火880℃，第二次淬火870℃，油冷；在经过回火200℃，水冷和空冷。得到的力学性能：抗拉强度MPa b 1080=σ，屈服强度MPa s 835=σ，伸长率（式样的标距等于5倍直径时的伸长率）%105=δ，断面收缩率%45=ψ，冲击韧度2/55cm J A kU =，硬度217HB 。
对于截面尺寸小于等于100的样件，经过调质处理，力学性能：抗拉强度 MPa b 615=σ，屈服强度MPa s 395=σ，伸长率%175=δ，断面收缩率%45=ψ， 冲击韧度2/47cm J A kU =。本分析还要使用到的参数：泊松比25.0=μ，抗剪模量G=7.938GPa ，弹性模量E=207GPa ，密度23/108.7m N ?=ρ。 螺栓联接受力分析 螺纹联接根据载荷性质不同，其失效形式也不同。受静载荷螺栓的失效形式多为螺纹部分的塑性变形或螺栓被拉断；受变向载荷螺栓的失效形式多为螺栓的疲劳断裂；对于受横向载荷的绞制孔用螺栓联接，其失效形式主要为螺栓杆被剪断，螺栓杆或连接孔接触面被挤压破坏。 对于10.9级M12的普通螺栓，屈服强度MPa s 900=σ，拧紧力矩T=120N.m 。 为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。 其拧紧扳手力矩T 用于克服螺纹副的阻力矩T1及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩T2，装配时可用力矩扳手法控制力矩。 公式： d * F *K =T2+T1=T 0 拧紧扳手力矩T=120N.m ，其中K 为拧紧力矩系数，0 F 为预紧力N ，d 为螺 纹公称直径12mm 。 摩擦表面状态 K 值 有润滑 无润滑 精加工表面 0.1 0.12 一般工表面 0.13-0.15 0.18-0.21 表面氧化 0.2 0.24 镀锌 0.18 0.22 粗加工表面 - 0.26-0.3
螺栓组受力分析与计算 一．螺栓组联接的设计 设计步骤： 1．螺栓组结构设计 2．螺栓受力分析 3．确定螺栓直径 4．校核螺栓组联接接合面的工作能力 5．校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1. 螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置
3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。 扳手空间尺寸 螺栓间距t0 注：表中d为螺纹公称直径。 4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。 5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。
任务二结构的计算简图 一、填空题 1.对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为（约束）。约束反力的方向必与该约束所能阻碍的位移方向（相反）。 2.刚结点的两大特征是：（变形前后夹角相等）,（能承受并传递弯矩）。 3．一刚体受不平行的三个力作用而平衡时，这三个力的作用线必（汇交于一点）。 4.作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的充分必要条件是：这两个力的（大小相等），（方向相反），（作用在同一直线上）。 5.在作用着已知力系的刚体上，加上或减去任意的 ( 平衡力系 )，并不改变原 力系对刚体的作用效应。 6.( 计算简图 )是指经过简化后可以用于对实际结构进行受力分析的图形。 二、选择题 1. 只限物体任何方向移动，不限制物体转动的支座称（ A ）支座。 A.固定铰 B.可动铰 C.固定端 D.光滑面 2．只限制物体垂直于支承面方向的移动，不限制其它方向运动的支座称（ B）支座。 A.固定铰 B.可动铰 C.固定端 D.光滑面 3．既限物体任何方向移动，又限制物体转动的支座称（ C ）支座。 A.固定铰 B.可动铰 C.固定端 D.光滑面 4.固定端约束通常有（ C ）个约束反力。 A.一 B.二 C.三 D.四 5．作用在同一刚体上的两个力F1和F2，若 F1 = - F2，则表明这两个力（ C ）。 A.必处于平衡；大小相等， B. 方向相同； C.大小相等方向相反，但不一定平衡； D.必不平衡。 6.自由度与约束的叙述下列（ C ）是错误的。 A．每个刚片有三个自由度 B．一个链杆，相当于一个约束 C．一个单铰，相当于三个约束 D．一个固定端，相当于三个约束 7.刚性联相当于（ C ）个约束。 A．1 B．2 C． 3 D．4
钢结构构件的受力分析及连接类型自测题 14.钢结构构件的受力分析及连接类型自测题来源： 一、单项选择题 1．梁的( )对截面起控制作用，所以设计中应首先计算它们。 A．强度B．刚度 C．强度和刚度D．柔度 2．梁的抗剪强度按( )设计。 A．塑性B．弹性 C．弹塑性D．刚弹性来源： 3．梁必须具有一定的刚度才能有效地工作，刚度不足将导致梁()，影响结构的正常使用。 A．强度太小B．强度太大 C．挠度太小D．挠度太大 4．设计钢梁除应满足各项强度要求之外，还应满足()要求。 A．强度B．柔度 C．刚度D．稳定来源： 5．梁腹板通常采用( )来加强腹板的局部稳定性。 A．锚栓B．加劲肋 C．肋板D．隔板 6．梁翼缘的局部稳定一般是通过限制板件的( )来保证的。 A．宽厚比B．高宽比 C．高厚比D．长宽比
7．型钢一般()发生局部失稳。 A．不会B．肯定会 C．多数会D．不能确定 8．轴心受压构件的刚度是通过限制( )来保证的。 A．宽厚比B．高宽比 C．高厚比D．长宽比来源： 9．轴心受压构件只需进行( )验算。 A．强度B．刚度 C．强度和刚度D．稳定 10．轴心受压构件的截面设计时，通过考虑( )进行轴心受压构件的整体稳定计算。 A．整体强度系数B．整体刚度系数 C．整体稳定系数D．局部稳定系数。 11．轴心受压构件的截面设计时，通过限制板件的( )来保证局部稳定。 A．宽厚比B．高宽比 C．高厚比D．长宽比 12．梁与轴心受压柱的连接应为() A．刚接B．铰接 C．榫接D．不能确定 13．当梁连续设置时，梁柱可以形成柱顶( )节点。 A．刚接B．铰接
C．榫接D．不能确定 14．为了防止梁端顶部向侧方向偏移或发生扭转，梁端靠近顶部处设( )将梁和柱相连。 A．钢板B．构造螺栓 C．加劲肋D．钢板并用构造螺栓 15．梁和柱刚接的构造中，翼缘通过( )与柱连接。 A．钢板B．连接板或直接用全焊透的坡口焊缝 C．加劲肋D．钢板并用构造螺栓 16．梁和柱刚接的构造中，腹板用高强度螺栓通过( )与柱连接 A．钢板B．加劲肋 C．连接板D．钢板并用构造螺栓来源： 17．节点一般按弹性设计，梁端的弯矩由( )连接承受。 A．腹板B．翼缘 C．加劲肋D．连接板 18．节点一般按弹性设计，梁端剪力由( )连接承 A．腹板B．翼缘 C．加劲肋D．连接板 19．铰接柱脚，常用于() A．轴心受压B．偏心受拉 C．轴心受拉D．偏心受压 20．铰接柱脚中的锚栓起( )作用。 A．固定位置B．安装