通用零件参数化建模方法和结构有限元分析研究

《装备制造技术》２００７年第１２期设计与计算!!!!"!"!!!!"!"收稿日期：２００７－１０－０７作者简介：王宝昆（１９８２—），男，在读硕士研究生，研究方向：机械设计及理论。

斜齿轮的参数化建模及接触有限元分析王宝昆，张以都（北京航空航天大学，北京１０００８３）摘要：在ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ中的实现了渐开线以及螺旋线的设计，建立了斜齿轮的三维参数化模型，并利用ＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ对斜齿轮进行了接触应力分析。

关键词：斜齿轮；ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ；ＡＮＳＹＳ；参数化设计；ＦＥＡ中图分类号：ＴＨ１３２．４１３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２００７）１２－００３７－０２ＵＧ的ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ系统提供了一个基于过程的产品设计环境，但ＵＧ并没有提供专用产品所需要的完整计算机辅助设计与制造功能。

利用ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ语言开发的程序，可以直接完成与ＵＧ的各种交互操作，与ＵＧ系统集成［１］。

ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ整合了ＡＮＳＹＳ各项顶尖产品，可以简单快速地进行各项分析及前后处理操作。

ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ与ＣＡＤ系统的实体及曲面模型具有双向连结，导入ＣＡＤ几何模型成功率高，可大幅降低除错时间且缩短设计与分析流程。

笔者利用ＵＧ／ＮＸ的参数化建模技术和它所提供的二次开发语言模块ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ实现了成斜齿轮三维实体的参数化设计，并运用ＡＮＳＹＳ最新的ＷｏｒｋＢｅｎｃｈ模块实现了ＣＡＤ／ＣＡＥ的无缝集成，对斜齿轮进行啮合过程中接触状态进行了分析。

１渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计１．１编程思路将ＵＧ的三维参数化造型、自由曲面扫描等功能有机结合起来，采用去除材料法生成三维模型。

由于斜齿轮的齿面为渐开螺旋面，故其端面的齿形和垂直于螺旋线方向的法面齿形是不相同的，法面参数和端面参数也不相同。

在ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ中建模的方法是，画出端面齿形然后通过投影关系获得其法面轮廓线，再画出能表达端面齿顶圆上某一点沿轴向运动的螺旋线轨迹；然后用特征命令扫描出完成斜齿轮的齿坯，通过布尔运算获得单个齿槽，并通过环形阵列最终获得斜齿轮的完整轮齿。

目录目录 (1)1 前言 (3)1.1国内外研究现状 (3)1.2选题的背景与意义 (3)1.3 研究内容 (3)1.3.1 人字齿轮简介 (3)1.3.2 论文内容具体安排 (4)2 理论基础及软件简介 (5)2.1 引言 (5)2.2齿轮渐开线的形成及其数学关系 (5)2.3 关于Pro/E (6)2.4 关于ANSYS (6)2.5 小结 (6)3 人字齿轮的精确参数化建模 (7)3.1 引言 (7)3.2 建立零件设计文件 (7)3.3 创建齿轮的基本参数 (7)3.4 添加齿轮关系式 (7)3.5 创建齿轮各圆的基准曲线 (9)3.5.1创建分度圆曲线 (9)3.5.2创建齿顶圆曲线 (9)3.5.3创建齿根圆曲线 (9)3.5.4 创建齿轮的齿形曲线 (9)3.6创建齿轮的轮齿 (11)3.6.1创建齿轮轮齿的第二个截面 (11)3.6.2创建齿轮轮齿的第三个截面 (11)3.6.3创建齿轮轮齿的第四个截面 (12)3.6.4创建扫描轨迹曲线 (12)3.6.5创建第一个轮齿 (12)3.6.6复制另一个轮齿 (13)3.6.7阵列轮齿 (13)3.6.8填充齿轮中间材料 (13)3.6.9完成人字齿轮创建 (14)3.7完成人字齿轮的特征修饰 (15)3.7.1完成齿轮减重孔 (15)3.7.2增加键槽 (15)3.8小结 (16)4 人字齿轮的有限元分析 (17)4.1引言 (17)本章主要是描述齿轮模型在Ansys中进行有限元分析。

主要包括前处理、施加载荷和约束、计算求解以及后处理，最后得到等效应力分布图。

(17)4.2齿轮模型的导入 (17)4.3齿轮模型的前处理 (18)4.4给齿轮施加约束和载荷 (18)4.4.1添加约束 (18)4.4.2施加载荷 (19)4.4计算求解以及后处理 (20)4.5小结 (21)5 算例 (22)6 结论 (24)参考文献 (25)1 前言1.1国内外研究现状参数化建模方法是指根据所需建模对象的拓扑结构的相同特征，用一组参数来控制模型的同时，在这组参数之间建立一定的数学关系式，使它们之间始终保持着相对的大小、位置或者约束条件。

基于ANSYS的压力容器螺栓连接有限元分析作者：***来源：《粘接》2021年第08期摘要：根据GB 150.1—150.4-2011《压力容器》以及有关设计实践，可知压力容器螺栓的常规设计方法偏向于稳定性，因此造成其各部位所受拉力较高，材料损耗严重。

基于此，提出基于ANSYS的压力容器螺栓连接有限元分析。

以有限元分析为基础，输入材料参数，对连接结构进行参数化建模，选择单元格类型及划分网格，规定约束和边界条件，计算螺栓组剪力及工作拉力。

实验得知，本设计方法与传统方法相比，在受力方面较小，即表面处的径向应力约等于内表面上的压力，具有较高实用性。

关键词：压力容器;ANSYS;螺栓连接;有限元中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）08-0136-04Finite Element Analysis of Bolt Connection ofPressure Vessel Based on ANSYSZheng Zhoujie（Zhuhai Technician College， Zhuhai 519000， China）Abstract：According to GB 150.1—150.4—2011 “Pressure Vessel” and related design practice， it can be seen that the conventional design method of pressure vessel bolts is inclined to stability， which results in high tension and serious material loss in each part. Based on this， the finite element analysis of bolt connection of pressure vessel based on ANSYS is proposed. Based on finite element analysis， input material parameters， carry out parametric modeling of the connection structure， select cell types and divide grids， specify constraints and boundary conditions， andcalculate bolt group shear force and working tension. Experimental show that compared with traditional methods， the design method in this paper has less stress， that is， the radial stress on the surface is approximately equal to the pressure on the inner surface， which has high practicability.Key words：pressure vessel; ANSYS; bolted connection; finite element0 引言压力容器作为重要的存储设备，被广泛应用在化工、能源、冶金以及石油等诸多领域内。

基于SolidWorks二次开发的机械零件参数化建模研究论文导读：SolidWorks是基于Windows平台的CAD/CAM/CAE/PDM桌面集成系统，以参数化和特征建模的技术，为设计人员提供了良好的设计环境。

SolidWorks为用户提供的API二次开发接口，由数以百计的功能函数构，这些API函数使得程序员可以通过程序直接访问SolidWorks。

而由基于COM技术的VisualC++编程语言开发的DLL （DynamicLinkLibrary，动态链接库）文件，可以直接嵌入到SolidWorks内部，当成功加载后，应用程序的菜单就直接出现在SolidWorks主菜单上，与SolidWorks自带的插件一样，而且还可以单独测试，进行操作时极大地提高了设计效率，所以是首选的开发方法。

以一个柱塞实体为例，介绍采用VisualC++6.0编程语言对SolidWorks2008进行二次开发、参数化建模的应用。

关键词：SolidWorks，VisualC++，参数化建模，二次开发0 前言SolidWorks是基于Windows平台的CAD/CAM/CAE/PDM桌面集成系统，以参数化和特征建模的技术，为设计人员提供了良好的设计环境。

在SolidWorks系统中，模型的尺寸、相互关系和几何轮廓可以随时修改，零部件之间和零部件与图纸之间的更新完全同步，能自动进行动态约束检查，具有强劲的复杂曲面造型功能，现已成为微机平台上主流三维设计软件之一。

尽管SolidWorks的功能已非常强大，但由于仍然采用的是手工交互形式建模，不能完全满足专业机械CAD系统的需要。

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基于此因，如果能通过对SolidWorks进行二次开发，针对特定机械结构实现参数化建模，那么对于三维建模在我国企业中的推广将是非常有利的。

为了方便用户进行二次开发，SolidWorks软件提供了开发工具API(Application Program Interface，应用程序接口)，用户可以使用支持API的高级语言如Visual C++、VisualBasic、Delphi等对SolidWorks进行二次开发[1]，创建出用户定制的、特有的SolidWorks功能模块。

复杂零件的精确建模及有限元分析王自勤1,陈家兑1,何　玲1,徐玉红2(1.贵州大学,贵州贵阳550003;2.贵州前进橡胶有限公司,贵州贵阳550008)The Precise Modeling of Complex Part and Finite Element AnalysisWANG Ziqin 1,CHEN Jiadui 1,HE Ling 1,XU Yu hong 2(1.Guizhou University ,Guiyang 550003,China ;2.Guizhou Qianjin Rubber Co.Ltd ,Guiyang 550008,China ) 摘要:运用三维软件U G 实现了复杂零件的精确建模,通过U G 与有限元软件ADINA 的连接,运用有限元方法对复杂零件进行了分析.关键词:U G;复杂零件;精确建模;接口;ADI 2NA中图分类号:T H122文献标识码:A文章编号:10012257(2006)04002702收稿日期:20051107Abstract :The p recise modeling of complex part is obtained by using U G software.A meshed model is obtained by t he data exchange interface of U G and ADINA ,t hen t he complex part can be ana 2lyzed by t he finite element met hod.K ey w ords :U G;complex part ;precise model 2ing ;interface ;ADINA0　引言在生产实践中,存在着大量复杂的零件,如渐开线齿轮、柴油机缸盖和飞机发动机的螺旋桨等.要对这类复杂零件进行分析,首先需建立分析模型,然后利用有限元分析软件进行分析.ADINA 软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件,其分析能力十分强大.虽然ADINA 软件自身有着三维建模能力,但是,相对于它的强大的分析功能来说,其建模功能就显得较弱,对一些有比较复杂的结构和曲面的模型,特别是有装配关系的部件,仅靠ADINA 的AU I (图形界面)是很难完成建模工作的.U G 软件是一种参数化的、基于实体建模技术的、统一数据库的大型CAD/CAM 软件,用它来进行建模可满足各种复杂曲面和参数化实体造型的要求,但是其有限元分析能力却很弱.本文以渐开线直齿圆柱齿轮为例,利用U G 软件的强大的造型功能实现复杂零件的精确建模,通过U G 与ADINA 的连接,将精确建模导入有限元分析软件,再利用ADINA 强大的分析能力对其进行分析,解决上述复杂零件的建模及分析问题.1　齿轮的精确建模渐开线齿轮的齿廓曲线随着齿轮的模数m 、齿数z 及齿形角α等参数而改变,属于较复杂的零件,在有限元软件中,一般采用样条曲线近似拟合.然而利用U G 软件中Curve (曲线)功能模块和Exp ression (表达式)功能模块,就可以将渐开线精确绘出[1].1.1　建立渐开线方程圆的渐开线方程为:x =r (co s θ+θsin θ)y =r (sin θ+θcos θ)式中　r基圆半径θ渐开线的展角1.2　建立表达式及齿轮模型[2]以渐开线直齿圆柱齿轮的模数m =2mm ,齿数z =20,齿宽B =12mm 为例,来建立齿轮的三维模型.对上述渐开线方程建立符合U G 要求的表达式如下.a =0b =360m =2r =m zs =(1-t )a +tb t =1x t =r cos (s )+rs 3.14/180sin (s )y t =r sin (s )-rs 3.14/180co s (s )・72・1机械与电子22006(4)z =20z t =0选择U G 菜单中的Tool (工具)/Expression (表达式)选项,在弹出的对话框中输入以上表达式,如图1a 所示.每输完一行表达式后按回车键,U G 软件才会接受所输入的表达式.图1　齿轮模型退出Expression (表达式)对话框后,进入Curve (曲线)/Law Curve (规律曲线)/by equation (根据公式),此时系统会自动提示输入x ,y ,z 的表达式,由于在Exp ression 中已经输入了x t ,y t ,z t 表达式,所以分别输入x t ,y t ,z t 即可.最后生成一段渐开线.绘制齿根圆和齿顶圆,然后通过对渐开线的裁剪、镜像等操作,并利用U G 中的拉伸、阵列等功能建立齿轮模型,如图1b 所示.用U G 绘制的模型文件保存为PARASOL ID (3.x_t )数据格式,为有限元分析准备CAD 模型.2　将模型导入ADINA 中[3-4]目前,U G 提供了与CA E 系统和其它CAD 系统进行几何图形数据传递的各种标准接口,如:IG 2ES ,PA RASOL ID ,STEP ,STL 和DXF 等,IGES 和PARASOL ID 数据格式最常用.IGES 是一种通用的有限元数据模型中间格式,是一种面模型,大多数CAD 和CA E 软件均提供了与它的接口,但仍然存在很多缺陷,如对复杂模型的转换,容易产生数据信息的丢失和冗余,面与面之间会产生缝隙.因而,导入ADINA 软件后要进行模型修补,这是一个繁杂的过程.然而,PA RASOL ID 格式可以是面模型,也可以是实体模型,因而将实体以PA RASOL ID 格式导入ADINA 后是以实体模型的形式存在的,同时,ADINA 软件采用了基于PA RASOL ID 内核的实体建模技术,能和以PARASOL ID 为核心的CAD 软件实现真正无缝的双向数据交换,因此不用进行模型的修补.所以将U G 绘制的模型文件保存为PA 2RASOL ID (3.x_t )数据格式有利于实现2种软件之间的数据交换.进入ADINA 的AU I 界面后选择菜单栏中的ADINA M/Import ParaSolid Model ,弹出对话框后,选择先前U G 中保存的文件名即可将齿轮模型导入ADINA 中.3　有限元分析3.1　定义材料设定有关参数如下.材料40Cr调质硬度250HB弹性模量E =206GPa 泊松比μ=0.3弯曲疲劳极限σF =388.9M Pa 3.2　单元划分、边界定义及结果定义完材料后定义一个3D 的单元组.在进行网格密度划分时,采用Complete model ∗/U se End point sizes 的方式,并在define point size 的对话框中使所有的节点的mesh size 的最大值为0.001.在创建网格单元时,选择8节点的单元.划分了的有限元模型如图2a 所示.经过ADINA 的求解运算及后处理得到应力云图,如图2b 所示.图2　有限元分析假设齿轮与轴是刚性联接,对齿轮安装孔表面上的节点进行全约束.不考虑齿轮的制造误差与安装误差,假设载荷沿啮合线是均匀分布的,则输入功率为5.445kW ,转速为1440r/min ,扭矩为36.111N !m ,仅考察最不利条件下齿轮的应力情况.一般来说,齿面为全齿宽接触且接触线靠近齿顶时,齿・82・1机械与电子22006(4)根弯曲应力达到最大值[5].从云图中可以看到齿轮的齿根处的应力最大,为99.8M Pa ,小于弯曲疲劳极限值388.9M Pa.4　结束语在有限元软件难以建模的复杂零件可以通过建模功能强大的三维软件进行建模.大多数建模在绘制渐开线等复杂曲线时采用样条曲线近似拟合的办法.而用U G 软件中的公式曲线功能绘制的曲线是完全精确的.此外,U G 软件提供了CAD 软件的通用接口,可以导出PA RASOL ID (3.x_t )数据格式的文件,为进行有限元分析提供必要的精确模型.在U G 和ADINA 之间采用PARASOL ID (3.x_t )数据格式的数据交换,可以实现无缝的数据交换.在模型导进ADINA 软件后不必再进行修补和删除工作.利用这种U G 和ADINA 软件相结合的方法可以充分利用不同的软件的优势,方便建模过程,提高建模精度,从而提高有限元分析结果的正确性.参考文献:[1]　Unigraphics Silutions Inc.U G 实践应用初步培训教程[M ].北京:清华大学出版社,2002.[2]　沈智慧,刘　扬,等.利用U G 软件实现齿轮的精确建模[J ].包装工程,2001,22(6):44-45.[3]　邱智学,等.有限元模型转换及其在金属板料成形数值模拟中的应用[J ].塑性工程学报,2004,11(4):40-43.[4]　ADINA 中文用户手册[Z].ADINA R &D Inc ,2002.[5]　杨可桢,程光蕴.机械设计基础.4版[M ].北京:高等教育出版社,2003.作者简介:王自勤　(1954-),男,贵州贵阳人,贵州大学教授,研究方向为机械零件强度、计算机仿真等.机电一体化技 术伺服系统在分条整经机中的应用 胡赤兵1,滕舟波1,鲁智康2,马志宏1 (1.兰州理工大学,甘肃兰州730050;2.绍兴文理学院,浙江绍兴312000)The U se of Servo System in WrapperHU Chi bing 1,TENG Zhou bo 1,L U Zhikang 2,MA Zhi hong 1(nzhou University of Technology ,Lanzhou 730050,China ;2.Shaoxing University ,Shaoxing 312000,China ) 摘要:介绍了PL C 在分条整经机中的应用,变频调速下的恒张力控制,伺服系统的精确定位,并且讨论了整经机自动控制的数学模型.关键词:可编程控制器;伺服系统;变频调速;整经机;PID 控制中图分类号:TS103.7文献标识码:A文章编号:10012257(2006)04002903收稿日期:20051123Abstract :Mainly discussed t he use of PL C in wrapper ,constant tensioned winding under variable f requency speed regulation ,t he use of servo system in accurate location ,and also discussed t he mat h 2ematic model of t he auto cont rol system of t hewrapper.K ey w ords :PL C ;servo system ;f requency speed regulation ;wrapper ;PID control0　引言整经就是将卷绕在有边筒子、无边筒子上的丝线,按织物规格所要求的总经数、门幅及长度,平行地卷绕成经轴或织轴,供桨丝或织造使用.也即织物织造过程中经纱准备工程中第2道工序,它是将一定根数和规定长度的经纱平行的卷绕在一定幅度的经轴上.在整经过程中要求做到:经轴上每根经丝的张力应一致,并在整经过程中保持恒定.丝线所受的摩擦力和张力不宜过大,不能损伤丝的强力和弹性.经・92・1机械与电子22006(4)。

基于有限元分析的零部件优化设计研究与应用作者：李延生来源：《西部论丛》2018年第10期摘要：随着社会不断发展，经济不断进步，我国各行业发展十分迅速。

其中，在汽车零部件的设计与优化上，有了显著进步。

但是，随着人们生活方式的不断变化，生活质量的不断上升，在零部件的需求上逐渐提升。

因此，在当前的零部件优化设计中，需要不断利用新技术进行完善与进步。

基于此，本文主要就给予有限元分析的零部件优化设计研究与应用进行分析与探讨。

关键词：零部件有限元分析优化设计应用据相关研究资料显示，结构优化设计出现于20世纪60年代，随着时代的进步，在20世纪90年代，结构优化得到了非常显著的发展与进步，其中，利用有限元方法进行优化分析是一种自然选择。

该方式不仅仅能够处理大范围的结构类型，并且该方式利用率较高，应用范围较广，进而在结构优化中被广泛应用。

另外，在机械零部件满应力分布中，通过有限元分析能够充分满足其需求，并且在此过程中，设计人员能够通过有限元分析，充分了解零件中最危险的位置以及应力的分布规律金额完成结构优化。

由此可见，在零部件优化设计中，利用有限元分析，其效果最佳。

1.基于有限元分析的尺寸优化在基于有限元分析的零部件优化设计中，主要包括尺寸优化以及形状优化。

其中，在尺寸优化的过程中，其优化设计过程中与传统方式的优化设计过程中导致相同。

均是基于数学规划理论以及计算机程序进行优化与设计。

另外，在基于有限元分析条件下，能够使设计在特定条件下找到技术和经济指标的最佳设计方案。

据了解，在零部件的结构优化设计过程中，其设计变量与目标函数和约束条件之间同样存在明显的函数关系，并且所产生的影响较大。

其次，边界约束一般局限于设计变量的变化范围，目标通常是最小的体积、最轻的重量以及某些影响零件性能的指标。

尽管如此，在零部件优化设计过程中，尺寸优化与结构优化其在实际运用过程中，仍然存在许多不同之处。

基于此，笔者就具体的不同表现之处进行以下分析：（1）首先，性能约束和目标函数是基于弹性力学、弹塑性力学、相关物理学以及有限元基本理论的设计变量的隐式复杂函数关系；（2）其次，在零部件的优化过程中，应当为组件设置参数化的有限元分析模型。

基于catia的简单零件设计及有限元分析专用汽车结构与设计课程论文摘要零件受载时的变形平衡及可靠性是工程应用中最常见的问题，汽车作为最普遍的交通工具，其中的要求更是广泛。

那么对某一具体的零部件，分析及解决这一问题的最方便最有效的方法就是有限元分析法，下面基于catia软件，对一实际的三脚连接静态受载的问题，首先进行零件实体建模，再利用有限元分析模块来解决。

在此过程中，我们可以看到解决改善这类问题的方法。

关键词零件实体建模有限元分析应力变形正文基于如下问题的解决方法探索:已知三脚连接件如下，需要分析其受载时的状况。

分析：要解决其受载变形平衡及可靠性的问题，就得首先清楚其受载情况然后在从应力应变的角度去分析，而此零件不是简单的简支梁支杆的问题，所以不能用传统的方法去解决，但是我们可以将其转化了成熟知的问题，再来解决。

有限元分析法就是基于这个目的而产生的，它的基本概念就是用较简单的问题代替复杂的问题再求解，将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解总域的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

当然这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所近似代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅能适应各种复杂形状，而且计算过程通过计算机完成的，精度高，速度快，因而成为行之有效的工程分析手段。

所以基于此问题，我们利用catia中的有限元分析模块来解决。

当然前提条件是实体建模已完成，因此我们将问题分两步来完成。

一．零件实体建模零件的三视图及立体图已经充分给出，根据这我们就可以做出零件实体。

１.打开catia，进入开始—机械设计—零件设计，点启用混合设计后就可以进入零件设计的界面了。

２.凸台1设计首先点击YZ平面并进入草绘，完成三脚中的一脚的剖面的设计：在进行X方向的对称拉伸：3.倒R8圆角14.钻Φ10*5的盲孔1先进入草绘选择好圆心点再完成孔的设计5.挖Φ15凹槽1先完成平面草绘再进行拉伸，选择好方向，点选直到下一个6.圆形阵列1完成另两个脚进入草绘，完成圆形阵列1的轴线圆形阵列1：7.R35平面圆角1，28.肋1先完成肋1的横截面设计，进入草绘再完成肋1纵向位移线设计，进入草绘完成肋1：9.末端Φ40*14的旋转体设计先进入草绘，完成旋转轮廓及转轴的设计完成旋转体：10.螺纹孔3的设计与第4步钻孔类似，先完成草图里圆心的位置设定，再完成螺纹孔3：选择好需要倒圆的肋的棱边，完成倒圆角2：12.旋转体上表面倒R8圆角3设置如下：完成如图：14.底面倒R1圆角15.填充材料steel最终完成零件实体的建模：二．有限元分析实体建模完成后，就可以进行有限元分析了，不过我们得先知道零件的连接受载情况，查资料可知，此三脚连接件的三个脚连接某一零件，而末端的螺纹孔连接另一个零件。

有限元分析法在零件实体设计中的应用有限元分析法是一种计算机辅助的系统工程设计方法，已被广泛应用于设计和开发各种零部件和结构。

在零件实体设计中，有限元分析法可以帮助工程师快速、准确地评估设计方案的可行性和优劣。

有限元分析法基于解非线性方程组的原理，将实际结构分解成大量小的三角形或四边形等基本单元，然后将每个单元内的物理场用数学表达式描述出来，最后通过计算机求解得到整体结构的物理场分布。

这样，我们可以在设计阶段预测零件实体所承受的应力、变形等物理量变化，进而指导零件实体的改善和优化。

在零件实体设计中，有限元分析法的应用涉及到了多个方面：首先是结构的强度分析。

零件实体最基本的功能就是承受载荷，因此强度分析是设计过程中必须进行的步骤。

有限元分析法可以帮助工程师预测零件实体在不同载荷下的应力及应力变化规律，以及材料的最大应力等指标，为设计提供充分的参考。

其次是结构的稳定性分析。

有时候，零件实体的几何形状会导致其发生屈曲或失稳，这会对结构的可靠性产生不良影响。

有限元分析法可以帮助工程师进行失稳分析，找到零件实体发生失稳的条件和特征，进而指导结构改进。

此外，有限元分析法还可以用于结构的疲劳分析。

零件实体在使用中经常会受到很多交变载荷的作用，这会对其疲劳寿命产生影响。

有限元分析法可以帮助工程师预测零件实体在不同载荷下的疲劳寿命，并评估结构的可靠性。

总之，有限元分析法是一种非常有用的数值分析方法，可以帮助工程师有效地预测零件实体在不同载荷和应力条件下的响应，进而指导设计方案的改进和优化。

随着计算机技术的不断进步，有限元分析法的应用将会越来越广泛，对提高零件实体的设计质量和生产效率将起到越来越重要的作用。

数据是现代社会中不可或缺的一项资源，对于各种领域和行业而言，数据的收集、整理、分析都至关重要。

下面将以某公司为例，列出其相关数据并进行分析。

数据1：销售额（单位：万美元）2016年：20,0002017年：25,0002018年：28,0002019年：30,0002020年：35,000分析：该公司的销售额呈现出稳步增长的趋势，从2016年的20,000万美元增加到2020年的35,000万美元，增长了75%左右。

复杂零件的精确建模及有限元分析王自勤1,陈家兑1,何　玲1,徐玉红2(1.贵州大学,贵州贵阳550003;2.贵州前进橡胶有限公司,贵州贵阳550008)The Precise Modeling of Complex Part and Finite Element AnalysisWANG Ziqin 1,CHEN Jiadui 1,HE Ling 1,XU Yu hong 2(1.Guizhou University ,Guiyang 550003,China ;2.Guizhou Qianjin Rubber Co.Ltd ,Guiyang 550008,China ) 摘要:运用三维软件U G 实现了复杂零件的精确建模,通过U G 与有限元软件ADINA 的连接,运用有限元方法对复杂零件进行了分析.关键词:U G;复杂零件;精确建模;接口;ADI 2NA中图分类号:T H122文献标识码:A文章编号:10012257(2006)04002702收稿日期:20051107Abstract :The p recise modeling of complex part is obtained by using U G software.A meshed model is obtained by t he data exchange interface of U G and ADINA ,t hen t he complex part can be ana 2lyzed by t he finite element met hod.K ey w ords :U G;complex part ;precise model 2ing ;interface ;ADINA0　引言在生产实践中,存在着大量复杂的零件,如渐开线齿轮、柴油机缸盖和飞机发动机的螺旋桨等.要对这类复杂零件进行分析,首先需建立分析模型,然后利用有限元分析软件进行分析.ADINA 软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件,其分析能力十分强大.虽然ADINA 软件自身有着三维建模能力,但是,相对于它的强大的分析功能来说,其建模功能就显得较弱,对一些有比较复杂的结构和曲面的模型,特别是有装配关系的部件,仅靠ADINA 的AU I (图形界面)是很难完成建模工作的.U G 软件是一种参数化的、基于实体建模技术的、统一数据库的大型CAD/CAM 软件,用它来进行建模可满足各种复杂曲面和参数化实体造型的要求,但是其有限元分析能力却很弱.本文以渐开线直齿圆柱齿轮为例,利用U G 软件的强大的造型功能实现复杂零件的精确建模,通过U G 与ADINA 的连接,将精确建模导入有限元分析软件,再利用ADINA 强大的分析能力对其进行分析,解决上述复杂零件的建模及分析问题.1　齿轮的精确建模渐开线齿轮的齿廓曲线随着齿轮的模数m 、齿数z 及齿形角α等参数而改变,属于较复杂的零件,在有限元软件中,一般采用样条曲线近似拟合.然而利用U G 软件中Curve (曲线)功能模块和Exp ression (表达式)功能模块,就可以将渐开线精确绘出[1].1.1　建立渐开线方程圆的渐开线方程为:x =r (co s θ+θsin θ)y =r (sin θ+θcos θ)式中　r基圆半径θ渐开线的展角1.2　建立表达式及齿轮模型[2]以渐开线直齿圆柱齿轮的模数m =2mm ,齿数z =20,齿宽B =12mm 为例,来建立齿轮的三维模型.对上述渐开线方程建立符合U G 要求的表达式如下.a =0b =360m =2r =m zs =(1-t )a +tb t =1x t =r cos (s )+rs 3.14/180sin (s )y t =r sin (s )-rs 3.14/180co s (s )・72・1机械与电子22006(4)z =20z t =0选择U G 菜单中的Tool (工具)/Expression (表达式)选项,在弹出的对话框中输入以上表达式,如图1a 所示.每输完一行表达式后按回车键,U G 软件才会接受所输入的表达式.图1　齿轮模型退出Expression (表达式)对话框后,进入Curve (曲线)/Law Curve (规律曲线)/by equation (根据公式),此时系统会自动提示输入x ,y ,z 的表达式,由于在Exp ression 中已经输入了x t ,y t ,z t 表达式,所以分别输入x t ,y t ,z t 即可.最后生成一段渐开线.绘制齿根圆和齿顶圆,然后通过对渐开线的裁剪、镜像等操作,并利用U G 中的拉伸、阵列等功能建立齿轮模型,如图1b 所示.用U G 绘制的模型文件保存为PARASOL ID (3.x_t )数据格式,为有限元分析准备CAD 模型.2　将模型导入ADINA 中[3-4]目前,U G 提供了与CA E 系统和其它CAD 系统进行几何图形数据传递的各种标准接口,如:IG 2ES ,PA RASOL ID ,STEP ,STL 和DXF 等,IGES 和PARASOL ID 数据格式最常用.IGES 是一种通用的有限元数据模型中间格式,是一种面模型,大多数CAD 和CA E 软件均提供了与它的接口,但仍然存在很多缺陷,如对复杂模型的转换,容易产生数据信息的丢失和冗余,面与面之间会产生缝隙.因而,导入ADINA 软件后要进行模型修补,这是一个繁杂的过程.然而,PA RASOL ID 格式可以是面模型,也可以是实体模型,因而将实体以PA RASOL ID 格式导入ADINA 后是以实体模型的形式存在的,同时,ADINA 软件采用了基于PA RASOL ID 内核的实体建模技术,能和以PARASOL ID 为核心的CAD 软件实现真正无缝的双向数据交换,因此不用进行模型的修补.所以将U G 绘制的模型文件保存为PA 2RASOL ID (3.x_t )数据格式有利于实现2种软件之间的数据交换.进入ADINA 的AU I 界面后选择菜单栏中的ADINA M/Import ParaSolid Model ,弹出对话框后,选择先前U G 中保存的文件名即可将齿轮模型导入ADINA 中.3　有限元分析3.1　定义材料设定有关参数如下.材料40Cr调质硬度250HB弹性模量E =206GPa 泊松比μ=0.3弯曲疲劳极限σF =388.9M Pa 3.2　单元划分、边界定义及结果定义完材料后定义一个3D 的单元组.在进行网格密度划分时,采用Complete model ∗/U se End point sizes 的方式,并在define point size 的对话框中使所有的节点的mesh size 的最大值为0.001.在创建网格单元时,选择8节点的单元.划分了的有限元模型如图2a 所示.经过ADINA 的求解运算及后处理得到应力云图,如图2b 所示.图2　有限元分析假设齿轮与轴是刚性联接,对齿轮安装孔表面上的节点进行全约束.不考虑齿轮的制造误差与安装误差,假设载荷沿啮合线是均匀分布的,则输入功率为5.445kW ,转速为1440r/min ,扭矩为36.111N !m ,仅考察最不利条件下齿轮的应力情况.一般来说,齿面为全齿宽接触且接触线靠近齿顶时,齿・82・1机械与电子22006(4)根弯曲应力达到最大值[5].从云图中可以看到齿轮的齿根处的应力最大,为99.8M Pa ,小于弯曲疲劳极限值388.9M Pa.4　结束语在有限元软件难以建模的复杂零件可以通过建模功能强大的三维软件进行建模.大多数建模在绘制渐开线等复杂曲线时采用样条曲线近似拟合的办法.而用U G 软件中的公式曲线功能绘制的曲线是完全精确的.此外,U G 软件提供了CAD 软件的通用接口,可以导出PA RASOL ID (3.x_t )数据格式的文件,为进行有限元分析提供必要的精确模型.在U G 和ADINA 之间采用PARASOL ID (3.x_t )数据格式的数据交换,可以实现无缝的数据交换.在模型导进ADINA 软件后不必再进行修补和删除工作.利用这种U G 和ADINA 软件相结合的方法可以充分利用不同的软件的优势,方便建模过程,提高建模精度,从而提高有限元分析结果的正确性.参考文献:[1]　Unigraphics Silutions Inc.U G 实践应用初步培训教程[M ].北京:清华大学出版社,2002.[2]　沈智慧,刘　扬,等.利用U G 软件实现齿轮的精确建模[J ].包装工程,2001,22(6):44-45.[3]　邱智学,等.有限元模型转换及其在金属板料成形数值模拟中的应用[J ].塑性工程学报,2004,11(4):40-43.[4]　ADINA 中文用户手册[Z].ADINA R &D Inc ,2002.[5]　杨可桢,程光蕴.机械设计基础.4版[M ].北京:高等教育出版社,2003.作者简介:王自勤　(1954-),男,贵州贵阳人,贵州大学教授,研究方向为机械零件强度、计算机仿真等.机电一体化技 术伺服系统在分条整经机中的应用 胡赤兵1,滕舟波1,鲁智康2,马志宏1 (1.兰州理工大学,甘肃兰州730050;2.绍兴文理学院,浙江绍兴312000)The U se of Servo System in WrapperHU Chi bing 1,TENG Zhou bo 1,L U Zhikang 2,MA Zhi hong 1(nzhou University of Technology ,Lanzhou 730050,China ;2.Shaoxing University ,Shaoxing 312000,China ) 摘要:介绍了PL C 在分条整经机中的应用,变频调速下的恒张力控制,伺服系统的精确定位,并且讨论了整经机自动控制的数学模型.关键词:可编程控制器;伺服系统;变频调速;整经机;PID 控制中图分类号:TS103.7文献标识码:A文章编号:10012257(2006)04002903收稿日期:20051123Abstract :Mainly discussed t he use of PL C in wrapper ,constant tensioned winding under variable f requency speed regulation ,t he use of servo system in accurate location ,and also discussed t he mat h 2ematic model of t he auto cont rol system of t hewrapper.K ey w ords :PL C ;servo system ;f requency speed regulation ;wrapper ;PID control0　引言整经就是将卷绕在有边筒子、无边筒子上的丝线,按织物规格所要求的总经数、门幅及长度,平行地卷绕成经轴或织轴,供桨丝或织造使用.也即织物织造过程中经纱准备工程中第2道工序,它是将一定根数和规定长度的经纱平行的卷绕在一定幅度的经轴上.在整经过程中要求做到:经轴上每根经丝的张力应一致,并在整经过程中保持恒定.丝线所受的摩擦力和张力不宜过大,不能损伤丝的强力和弹性.经・92・1机械与电子22006(4)。

结构模态仿真分析通用指南一、前处理建模几何建模一般有两种方式，一是将CAD设计模型导入有限元分析前处理软件进行建模，称之为“几何导入法”；一种是在有限元分析前处理软件直接建模，称之为“直接建模法”。

直接建模是直接在CAE软件前处理模块中进行建模，现有CAE基本都支持直接建模，使用数据量较小，便于模型参数化，适合简单模型建模，但建模效率低，对于复杂模型建模比较困难。

对于结构进行直接建模的一般原则如下：a) 对于厚度方向尺寸小于其他方向尺寸的结构，采用板壳结构建模，几何取结构的中面；b) 对夹层复合材料，有夹层壳和实体加壳两种处理方式：1）夹层壳为将上下面板和夹芯采用层合壳单元模拟，几何取夹层中面；2）实体加壳为面板用壳、夹芯用实体，几何取面板中心线间的实体，并在上下面附一层壳。

c) 对规则截面的细长结构，如：端框、桁条、大梁、杆系、管路、螺栓等，可根据需要采用梁单元、杆单元等，相应的几何模型取特征交线或中心线。

d) 加强接头等承受局部载荷的集中力结构，一般采用实体单元。

e) 集中质量使用质量单元模拟，几何取质心位置。

通过CAD建模软件建立几何模型后再导入有限元软件中进行分析处理，可以建立复杂仿真模型，但需要进行模型简化及特征处理，模型特征可能会有丢失，模型参数化不方便。

外部导入的几何模型需要进行适度简化，几何模型简化不应改变结构的基本特征、传力路径、刚度、质量分布等，对于有多个零部件组成的复杂结构，根据分析目标和要求，不同零部件的模型简化也可能采用不同简化规则，详细的模型简化规则可根据企业专有标准/规范进行简化处理，也可以通过CAD/CAE工具并结合二次开发实现特征简化和高效处理。

在进行几何特征清理时，可基于以下几个方面考虑：a) 几何特征所属零部件在总装配的重要程度；b) 几何特征与重点分析区域的相关程度；c) 几何特征尺寸与网格平均尺寸的比例。

二、网格划分处理及单元设置对于网格处理，首先是选择合适的单元类型。

十字轴三维建模1.建立直径57高87的圆柱1）单击圆柱命令，指定矢量（+Z），和起始点（0，-43.5,0）2）输出直径57，高度872. 在已有圆柱体的上下端面，建立直径51,高9圆柱体3.在上述阶梯轴的上下端面，建立直径45高30的圆柱体，得到如下模型4.插入-关联复制-实例特征-圆形阵列，选择所有已经建成的特征，确定，按图示设定阵列参数,确定，选择‘点和轴’，选择X轴，确定，得到如下模型5.倒斜角，4x46.倒圆角R25选择交叉的4条边，输出如图参数7.单击“孔命令，选择任意两个不平行端面圆的圆心，按图示设定参数后，确定8.对每个孔倒斜角，1x1，得到最后的十字轴模型万向节叉三维建模1.建立地面圆柱体直径165高20指定点为坐标原点，指定矢量为+Z2.拉伸耳环主体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的YZ平面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数后，单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图3.切除部分实体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图4. 切除部分实体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图5.切除棱角1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的耳环端面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘无’），单击‘确定’，完成棱角主体的拉伸，如图3）镜像棱角插入-关联复制-镜像特征，选择建立的棱角特征，选择镜像平面为YZ平面，单击确定，如图4）布尔差，在耳环主体上切除两个棱角单击‘求差’命令，目标体为耳环主体，到具体为两个棱角体，单击确定6.建立法兰孔1）单击‘孔’命令，‘位置’-单击‘绘制截面’进入草绘环境，按二位图纸绘制八个孔的中心位置，在中心位置放置一个点，完成草绘。

文章编号:1004-2539(2004)06-0025-04基于ANSY S的渐开线圆柱齿轮参数化造型与有限元建模及分析技术李常义1,2　卢耀辉3　周继伟3(1.国防科学技术大学机械C AD与仿真实验室,　湖南长沙　410073)(2.航空工业总公司中南传动机械厂技术中心,　湖南长沙　410200)(3.国防科学技术大学机械加工中心,　湖南长沙　410073)摘要　为了满足利用FE A分析技术完成齿轮强度系列分析工作的需要,笔者曾经重点研究了直接基于ANSY S软件的渐开线圆柱齿轮参数化生成原理、技术及齿轮轮齿滚动接触模拟实现技术,获得了良好的实际应用效果。

为了推进技术交流,同时针对当前国内许多人对FE A软件难以进行几何建模的认识以及在齿轮付FE A滚动模拟接触分析中的一些不恰当的处理方式,笔者在本文中对相应研究结果作出细介绍以供研究参考。

关键词　渐开线　过渡曲线　齿轮造型　强度　ANSY S　有限元分析 引言随着计算机技术的日益普及和FE A分析技术蓬勃发展,人们已经接受和开始广泛采用计算机有限元仿真分析的方法来作为齿轮强度校核的方法。

但由于齿轮造型及其滚动模拟分析过程太复杂,极大地影响了齿轮有限元分析的应用;而且目前一般人士都认为,FE A软件难以完成实体几何造型,这也进一步影响了FE A软件应用推广。

ANSY S是当今应用的结构有限元分析软件中的典型,它自带几何造型功能,完全可以满足它本身结构分析的建模需要。

为此,作者根据本人的C AD 和FE A工作经验,从渐开线齿轮的形成原理出发,以ANSY S为工具对渐开线直齿圆柱齿轮三维造型、有限元建模及其滚动模拟分析技术进行了研究探讨。

1　ANSY S与齿轮几何造型C AD虽然对于一般由简单几何形状组合的实体造型很方便。

但对于齿轮轮齿等专用特殊形体的造型来说,C AD软件相对于FE A软件而言并没有太大优势;相反,由单纯的C AD软件环境中导入到FE A软件环境中的实体模型不仅往往并不很适合FE A分析,而且对于FE A的参数优化分析更是无能为力,以ANSY S为例的FE A自带建模功能则能很好的适应这些特殊造型与分析工作的需要。

有限元分析法在工程机械零部件设计中的应用摘要：工程机械是现代化建设的重要工具，其性能和质量直接关系到施工效率和工程质量。

而工程机械的零部件设计则是整个机械设计中的重要环节之一。

传统的零部件设计方法主要依赖于试验和经验，存在着试验成本高、周期长、效率低等问题。

为了解决这些问题，有限元分析法作为一种计算机辅助工程分析方法，逐渐得到了广泛应用。

有限元分析法可以通过将实际结构离散化为有限个单元，然后对每个单元进行数学模型的建立和求解，最终得到整个结构的应力、变形、疲劳寿命等信息。

相比于传统的试验方法，有限元分析法具有计算精度高、成本低、效率高等优点。

因此，在工程机械零部件设计中，有限元分析法得到了广泛的应用。

本文主要探讨了有限元分析法在工程机械零部件设计中的应用。

关键词：有限元分析法；工程机械；零部件设计；应用引言工程机械是现代建设工程和生产制造的重要设备，其性能和质量对于工程的安全和效率具有至关重要的影响。

而在工程机械的设计中，零部件的设计是至关重要的一环。

有限元分析法作为一种重要的数值计算方法，在工程机械零部件设计中得到了广泛的应用。

本文将着重介绍有限元分析法在工程机械零部件设计中的应用，对于提高产品质量、降低成本、缩短开发周期具有重要意义。

1、简要介绍有限元分析法的基本原理和优势有限元分析法是一种重要的数值计算方法，其基本原理是将连续体划分为有限个小单元，通过单元之间的相互作用来模拟整个系统的行为。

有限元分析法具有许多优势，下面将详细介绍有限元分析法的基本原理和优势。

1.1基本原理有限元分析法的基本原理是将连续体划分为有限个小单元，然后通过单元之间的相互作用来模拟整个系统的行为。

在有限元分析法中，将整个系统分为三个部分：结构、载荷和边界条件。

其中，结构是由有限个小单元组成的，载荷是作用于结构上的力或者压力，边界条件是指结构的约束条件。

1.2.优势（1）高精度：有限元分析法可以更加准确地预测结构的应力和变形情况，因为它采用了数学模型来描述结构的物理特性，这比传统的试验方法更加精确。

参数化建模在履带式起重机主臂架上的应用及有限元计算刘冲，李丽敏（北京南车时代机动车辆机械有限责任公司，北京102249）［摘要］运用ANSYS提供的二次开发工具APDL语言，结合有限元的装配方法，建立了80t履带起重机臂架多种组合方式的有限元模型，提取其中2种组合方式进行有限元分析，得出了在这2种危险工况下，臂架完全满足强度和刚度要求。

［关键词］起重机臂架；参数化有限元模型；有限元分析［中图分类号］TH213.7 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2015）07-0067-05Finite element calculation and application of parametric modeling in mainboom of crawler craneLIU Chong，LI Li-min本文以80t履带式起重机主臂架为研究对象，该起重机主臂架为四弦杆桁架结构，主弦杆采用低合金高强度无缝钢管，主臂由1节6.5m上节臂、1节6.5m下节臂、1节3m中间臂、1节6m中间臂、4节9m中间臂组合而成。

最短组合为13m基本主臂，最大额定吊载为80t；最长组合为58m主臂，最大额定吊载为14.2t。

由于3m、6m、9m中间臂截面均为1.5m正方形，且其主弦杆、腹杆等均相同，结构相近，因此有限元建模中有很多重复性工作。

根据臂架模型的这个特点，采用ANSYS提供的参数化编程语言APDL编写命令流，只要编写上下节臂和标准节模型的命令流模型，结合CAD领域的装配思想，即可得到各种组合方式的臂架有限元模型。

这样可以使有限元建模批量化，大大缩短了前处理的时间，充分体现了有限元计算的优势。

1 有限元建模1.1 材料特性臂架各部分采用不同的材质，其材料性能如表1所示。

表1 臂架钢管材料特性名称材料弹性模量/GPa屈服极限/MPa强度极限/MPa主弦杆钢管FGS70WV205797855腹杆钢管20206205320-470钢板Q345A210345470-6301.2 有限元模型的建立（1）臂架的力学模型。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。