【正文】 本設(shè)計(jì)以在 CATIA 軟件中建模，再通過(guò)轉(zhuǎn)換格式。然而其在建模方面也有極大的缺陷，與其它三維軟件，例如 Pro/E， UG， CATIA 在建模方面有著較大的差異。 軟件 ANSYS 有限元分析與研究，可以代替剪刀式舉升機(jī)物理樣機(jī)的 54 前期試驗(yàn)，為汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)汽車舉升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)以上的有限元分析，說(shuō) 明我們所設(shè)計(jì)的平臺(tái)尺寸及選材合理。 查看應(yīng)力結(jié)果： General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Stress/(X 方向應(yīng)力 )、（ Y方向應(yīng)力）、（ Z方向應(yīng)力）、 SEQV（綜合應(yīng)力）； 圖 X方向應(yīng)力狀況 圖 y方向應(yīng)力狀況 53 圖 Z方向應(yīng)力狀況 圖 綜合應(yīng)力狀況 應(yīng)力結(jié)果分析： x 方向最大應(yīng)力為 212MPa， y 方向最大為應(yīng)力 211MPa， z方向最大應(yīng)力為 643MPa，綜合應(yīng)力變形為 。 51 圖 X方向變形量 圖 y方向變形量 圖 Z方向變形量 52 圖 總變形量 變形結(jié)果分析： x方向最大變形為 ， y方向最大變形為 ，z 方向大最變形為 ，總方向變形為 。查看結(jié)果并分析 查看變形結(jié)果： General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/DOF Solution。 網(wǎng)格劃分的結(jié)果 圖 平臺(tái)網(wǎng)格劃分結(jié)果 （ 1）約束加載 舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，受力最大。通過(guò)以上的有限元分析，說(shuō)明我們所設(shè)計(jì)的平臺(tái)尺寸及選材合理。 查看應(yīng)力結(jié)果： General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Stress/(X 方向應(yīng)力 )、（ Y方向應(yīng)力）、（ Z方向應(yīng)力）、 SEQV（綜合應(yīng)力）； 圖 X方向應(yīng)力狀況 49 圖 y方向應(yīng)力狀況 圖 Z方向應(yīng)力狀況 圖 綜合應(yīng)力狀況 50 應(yīng)力結(jié)果分析： x方向最大應(yīng)力為 212MPa， y 方向最大為應(yīng)力 211MPa， z 方向最大應(yīng)力為 643MPa，綜合應(yīng)力變形為 。X Y Z 總變形 圖 X方向變形量 圖 y方向變形量 48 圖 Z方向變形量 圖 總變形量 變形結(jié)果分析： x方向最大變形為 ， y方向最大變形為 ，z 方向大最變形為 ，總方向變形為 。加載時(shí)加的為面力，則載荷情況為5 2 .1 4 .1 42 0 0 3 .1 4 2 0KN M P a??? （ 2）求解 Solve/CurrentLS/Ok/Close。 液壓支撐桿有限元分析 定義屬性 平臺(tái)的材料我們選用 Q275 鋼， Q275 鋼的材料屬性如 為： 彈性模 量（ GPa）：200220；泊松比： ；抗拉強(qiáng)度 (MPa)： 490610；密度 (g/cm3)： 。 40Cr 的抗拉強(qiáng)度為 1000MPab? ? ， 綜合應(yīng)力值充分滿足強(qiáng)度要求。 圖 綜合應(yīng)力情況 應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最小，紅色部位應(yīng)力值最大。 圖 總變形量 變形結(jié)果分析 :總變形量 最大 為 ，變形量很小，滿足設(shè)計(jì)要求。X Y Z 總變形，因受力簡(jiǎn)單，分析只看總變形情況即可。 圖 加約束后的圖 方向加載為 5 2 .1 4 .1 42 0 0 3 .1 4 2 0KN M P a??? （ 2） 求解 Solve/CurrentLS/Ok/Close。 網(wǎng)格劃分后的結(jié)果 圖 網(wǎng)格劃分結(jié)果 45 （ 1）約束、加載 軸的受力比較簡(jiǎn)單，主要承受液壓缸推力，因舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)的液壓缸的推力最大，所以只分析受力最大即可。 加強(qiáng)桿的有限元受力分析 因我們?cè)谂e升臂中間加了一方鋼加強(qiáng)肋，所以舉升臂變形和受力都很小，我們不對(duì)其進(jìn)行，我們分析直接承受推力的軸的變形，分析方法與上述的分析方法一樣。 無(wú)論是單個(gè)方向的最大應(yīng)力，還是綜合應(yīng)力值均充分滿足強(qiáng)度要求。 （ 2）查看應(yīng)力結(jié)果： General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Stress/SX(X 方向應(yīng)力 )、 SY（ Y 方向應(yīng)力）、 SZ（ Z 方向應(yīng)力）、 SEQV（綜合應(yīng)力）； 43 圖 X方向應(yīng)力狀況 圖 Y方向應(yīng)力狀況 圖 Z方向應(yīng)力狀況 44 圖 綜合應(yīng)力情況 應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán) 色部位應(yīng)力值最小，紅色部位應(yīng)力值最大。 41 圖 總變形 圖 X方向變形 圖 Y方向變形 42 圖 Z方向變形 圖 總變形情況 變形量分析：從圖中可以看出 X 方向的最大變形量為 ， Y 方向， Z 方向最大為 ，總方向最大變形為 總方向變形量與 Y方相同， 可見軸的變形主要為豎直方向變形。(變形結(jié)果可動(dòng)畫演示： PlotCtrls/Animate/ Deformed Shape/Ok,可直觀觀察軸的變形情況 )General PostProc/Plot Results/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/DOF Solution。 圖 約束及加載 （ 4）求解 Solve/CurrentLS/Ok/Close。 對(duì)剪刀式舉升機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)我們進(jìn)行面力分析，即加的為表面載荷。慣性載荷 (Inertia loads)：結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的載 40 荷，如重力加速度、角速度和角加速度，主要在結(jié)構(gòu)分析中使用。表面載荷 (SurfaceLoad)：作用在某個(gè)表面上的分布載荷，如結(jié)構(gòu)分析中的壓力。 DOF 約束 (DOF constraint)：用戶指定某個(gè)自由度為已知值，在結(jié)構(gòu)分析中約束是位移和對(duì)稱邊界條件。在結(jié)構(gòu)分析中，載荷主要有：位 移、力、壓力、彎矩、溫度和重力。 此次分析采用途徑一對(duì)軸進(jìn)行劃分，為了提高劃分速度，精度取 5，劃分后效果如 圖 。本訓(xùn)練中主要采用自由網(wǎng)格劃分，軸模型自由劃分可采用以下兩種途徑，大家可以觀察劃分的網(wǎng)格有何區(qū)別。自由網(wǎng)格生成的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)位置比較隨意，用戶無(wú)法控制。 網(wǎng)格劃分 ANSYS 為用戶提供了兩種常用的網(wǎng)格劃分類型：自由和映射。 （ 1） Preferences/Structural； （ 2） Preprocessor/Element Type/ADD Edit Delete/Library of Element Types 第一對(duì)話框選擇 Structural Solid， 第二對(duì)話框選擇 Tet 10node 187； （ 3） Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels/Structural/Linear/E lastic/Isotropic/輸入 EX(彈性模量 )值，輸入 PRXY(泊松比 )值。材料屬性包括：彈性模量 、泊松比、密度、熱膨脹系數(shù)等。 定義屬性 屬性主要包括：材料屬性、實(shí)常數(shù)、單元類型。所以利用有限元進(jìn)行分析時(shí)，主要分析這幾個(gè)部件即可。點(diǎn)擊【 OK】按鈕彈出文件路徑選擇對(duì)話框 ,在文件路徑選擇對(duì)話框中選擇好所需精度 , 輸入 IGES 文件路徑后 , 點(diǎn)擊 【 OK】按鈕完成 IGES 文件導(dǎo)入。本次技能訓(xùn)練可采用第一種方法。 ANSYS 導(dǎo)入 IGES( *.igs) 文件的方法有兩種 : 一種是通過(guò) ANSYS軟件的用戶界面操作導(dǎo)入 。零件使用相同的參照坐標(biāo)系 , 使接受系統(tǒng)中的重新裝配更加容易。該選項(xiàng)支持所有層次。所有級(jí)別 : 輸出一個(gè)組件的 IGES 文件。應(yīng)將每一個(gè)零件分別放到一個(gè)層上 , 以便在接受系統(tǒng)中能加以區(qū)別。平整 : 將組件的所有幾何輸出到一個(gè) IGES 文件。單擊【定制層 ...】按鈕設(shè)置各層的輸出特性。輸出的圖元類型有 : 線框邊、曲面、實(shí)體、殼、基準(zhǔn)曲線和點(diǎn) , 缺省輸出圖元是曲面 , 缺省是輸出所有面組 , 點(diǎn)擊【面組 ...】選擇特定面組輸出。啟動(dòng) CATIA 軟件，打開已經(jīng)建立好的三維零部件，之后另存為（ .igs）格式，再運(yùn)行 Pro/E打開某已存好的（ .igs） 格式零件三維模型圖，點(diǎn)擊 下的 ANSYSGeom 按鈕 (如下圖 所示 )，則模型自動(dòng)導(dǎo)入到 ANSYS 中，此時(shí) 軟件自動(dòng)打開，點(diǎn)擊 Plot 下的 Volume，則模型導(dǎo)入成功。在接下來(lái)出現(xiàn)的對(duì)話框中 “Pro/Engireer Installation path”選項(xiàng)后輸入 Pro/E 的起始安裝路徑如“ C: \ Program Files \ ”:“Language used with Pro /Enginee 提示在 Pro /E 目錄下建立了一個(gè) 文件。 WIN 32→OK 。所以需要將 Pro/E 三維實(shí)體模型通過(guò)專用的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入到 ANSYS 中， Pro/E 與 ANSYS 之間的接口技術(shù)常用的有以下兩種： CATIA、 Pro/E與 ANSYS集成接口 CATIA中輸出的文件不能被 ANSYS識(shí)別，所以得經(jīng)過(guò) Pro /E進(jìn)行中間轉(zhuǎn)換，ANSYS在默認(rèn)的情況下也不能直接對(duì) Pro /E中的 prt(或 asm)文件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的 ,必須通過(guò)以下對(duì) ANSYS 設(shè)置連接過(guò)程進(jìn)行激活模塊 :鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開始→程序→→Utilit ies→ANS_ADM IN”, 出現(xiàn)如下圖 的對(duì) 話 框 ,選擇configuration options→OK ,接下來(lái)的對(duì)話框順序選取。它還包括優(yōu)化、估計(jì)分析等模塊將有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為解決現(xiàn)代工程學(xué)問(wèn)題必不可少的工具。功能完備的預(yù)處理器和后處理器（又稱與處理模塊和后處理模塊）使 ANSYS 具有多種多樣的分析能力，包括從簡(jiǎn)單的線性靜態(tài)分析到復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)分析。開發(fā)初期時(shí)為了應(yīng)用于電力工業(yè)，現(xiàn)在其功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、電子、汽車、土木工程等各個(gè)領(lǐng)域，能夠滿足各行業(yè)有限元分析的需要。通過(guò)將汽車改裝式升降臺(tái)進(jìn)行 CATIA 建模，能讓設(shè)計(jì)者更好的表達(dá)相關(guān)圖形。最后為了美感及易分辨對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行渲染。 35 圖 CATIA整車裝配圖 本章小結(jié) 本章首先通過(guò) CATIA 對(duì)汽車改裝式升降臺(tái)的各個(gè)零部件進(jìn)行三維建模，有些重復(fù)零件不需要再次 建模。 33 圖 制作完螺栓連接孔的工字鋼 支腳鋼建模 按圖示進(jìn)入草圖編輯器 在草圖工作界面繪制出兩個(gè)矩形，退出草圖編輯器，通過(guò)拉伸命令拉伸出支腳鋼實(shí)體 圖 草圖編輯器中的草圖 圖 待 拉伸矩形 再通過(guò)打孔命令繪制出與大工字鋼相配合的螺栓連接孔 ，如 圖 。 圖 加工后的整車車體 與車板固定的大工字鋼設(shè)計(jì) 在草圖設(shè)計(jì)界面根據(jù)計(jì)算好的尺寸會(huì)出工字鋼截面 ，如 圖 。 CATIA 常用命令圖標(biāo) 車體建模 第一步是根據(jù)所選車型的外廓尺寸通過(guò)拉伸得到一個(gè)長(zhǎng)方體，接下來(lái)再通過(guò)去除材料命令修整出具體的車型 ,再通過(guò)去除材料修整車板 。 CAITA 中裝配的模型的構(gòu)造是由各種特征來(lái)組合生成的，零件的設(shè)計(jì)過(guò)程就是特征的累積過(guò)程。 CATIA 提供了 31 完備的設(shè)計(jì)能力：從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到最終產(chǎn)品的形成，以其精確可靠的解決方案提供了完整的 2D、 3D、參數(shù)化混合建模及數(shù)據(jù)管理手段，從單個(gè)零件的設(shè)計(jì)到最終電子樣機(jī)的建立；同時(shí)，作為一個(gè)完全集成化的軟件系統(tǒng)， CATIA 將機(jī)械設(shè)計(jì)，工程分析及仿真，數(shù)控加工和 CATweb 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用解決方案有機(jī)的結(jié)合在一起，為用戶提供嚴(yán)密的無(wú)紙工作環(huán)境，特別是CATIA中的針對(duì)汽車、摩托車業(yè)的專用模塊 ,使 CATIA 擁有了最寬廣的專業(yè)覆蓋面，從而幫助客戶達(dá)到縮短 產(chǎn)品 設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期、 不斷地 提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低費(fèi)用的目的。 CATIA 提供的多模型鏈接的工作環(huán)境及混 合建模方式，使得并行工程設(shè)計(jì)模式已不再是新鮮的概念，總體設(shè)計(jì)部門只要將基本的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)放出去，各分系統(tǒng)的人員便可開始工作，既可協(xié)同工作，又不互相牽連；由于模型之間的互相聯(lián)結(jié)性，使得上游設(shè)計(jì)結(jié)果可做為下游的參考，同時(shí)，上游對(duì)設(shè)計(jì)的修改能直接影響到下游工作的刷新。 CATIA 擅長(zhǎng)為棱柱和工具零件作 2D/3D 關(guān)聯(lián)，分析和 NC ； CATIA 規(guī)程驅(qū)動(dòng)的混合建模方案保證高速生產(chǎn)和組裝精密產(chǎn)品，如機(jī)床，醫(yī)療器械、膠印機(jī)鐘表及工廠設(shè)備等均能作到一次成功 。 CATIA 具有在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)的方便的修改能力，尤其是后期修改性 ，無(wú)論是實(shí)體建模還是 曲面造型 ，由于 CATIA 提供了智能化的樹結(jié)構(gòu)，用戶可方便快捷的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)修改，即使是在設(shè)計(jì)的最后階