基于SolidWorks對一款切割刀碳纖維片的應力應變簡化分析

楊強中

【摘 要】針對一款柔性材料切割刀需對其內(nèi)部的碳纖維片在載荷作用下做應力應變分析，在SolidWorks軟件中建立了該柔性材料切割刀的三維模型，利用SolidWorks motion對其零部件進行了反作用力分析，以便于后續(xù)的簡化操作;同時，計算了碳纖維片以下部分零部件質(zhì)量，以求得碳纖維片收到的下拉力，從而達到簡化的效果。使用SolidWorks simulation中的靜態(tài)分析，對碳纖維片進行應力應變分析，獲取應力應變云圖及相關數(shù)據(jù)。

【關鍵詞】SolidWorks;碳纖維片;應力應變

【中圖分類號】TG333.21 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0047-02

0 引言

柔性材料切割刀是一種目前切割機上非常重要的零件，切割材料都是由切割刀完成，目前一款新型切割刀（三維模型如圖1所示）中有一個重要零件——碳纖維片1，它對切割刀工作的安全性及效率起到至關重要的作用。由于碳纖維片是和偏心輪、導向軸相連的部件，它也起到傳遞動力的作用，電機驅(qū)動偏心輪轉(zhuǎn)動，偏心輪通過碳纖維片帶動其以下部分實現(xiàn)上下直線運動，碳纖維片既收到偏心輪帶來的振動，還受到雙向的作用力，如果在工作時出現(xiàn)疲勞損壞或是斷裂現(xiàn)象，將直接使切割刀無法正常工作，甚至會對附近操作人員帶來身體傷害，所以對碳纖維片做應力應變分析非常重要，但由于切割刀三維模型太復雜，包括ansys workbench等專門用來做分析的軟件都出現(xiàn)模型太復雜及網(wǎng)格劃分需占用大量內(nèi)存空間等問題，故本文將通過對切割刀進行簡化后再對碳纖維片進行分析。

1 簡化過程

由于嘗試過使用SolidWorks Simulation及ANSYS workbench等軟件直接對切割刀進行靜態(tài)分析時出現(xiàn)了模型不穩(wěn)定、約束不適當、模型太復雜、CFX-mesh method網(wǎng)格劃分需占用大量內(nèi)存空間等問題，以至于無法求解，因此通過力學方面知識對切割刀進行簡化，步驟如下。

（1）將碳纖維片以下所有相連的零部件質(zhì)量通過SolidWorks評估中的質(zhì)量特性獲取到數(shù)值，由G=mg計算出這些零部件的總重力，將這些零部件從模型中去除，由總重力代替，減少了因繁雜裝配導致的干涉問題。

（2）利用SolidWorks motion對偏心輪、軸承、軸承套、碳纖維片進行動態(tài)分析，在偏心輪與電機軸連接處添加一個旋轉(zhuǎn)馬達，由實際情況將轉(zhuǎn)速設置為19 800 rpm，獲取碳纖維片與偏心輪連接處的支撐反力情況（如圖2所示），可知碳纖維片所受偏心輪作用力最大壓力-3 N，最大拉力為2 N。

2 SolidWorks simulation靜態(tài)分析

通過對切割刀的簡化，只取出碳纖維片，選擇SolidWorks simulation中的靜態(tài)分析，根據(jù)實際情況在“零件”中將碳纖維片材料定義為合金鋼，考慮到碳纖維片的兩端圓孔處是由兩緊固螺釘固定連接的，故在“夾具”中在此兩處設置“固定”;由于簡化過程中偏心輪對碳纖維片的作用力為諧波，只選擇考慮其最大壓力和最大拉力時的應力應變，因此在“外部載荷”中分別設置碳纖維片上部作用力為最大壓力-3 N及最大拉力2 N，此處做兩步分析;在碳纖維片下部添加零部件簡化后的重力。隨后進行網(wǎng)格劃分和運算，分別獲取受偏心輪最大壓力及最大拉力的應力應變結(jié)果圖（如圖3所示）。

3 結(jié)論

本文通過建立及簡化新型柔性材料切割刀三維模型，對碳纖維片進行了應力應變分析，得到其應力應變分布圖。在簡化過程中，利用力學理論、SolidWorks motion動態(tài)分析等，通過力來代替復雜的零部件及其約束，為以后對復雜模型進行各種類型的分析提供了一種簡便的方法。

參 考 文 獻

[1]李冰，王少華，鄧斌.摩擦擺隔震橋梁簡化力學模型動力學分析[J].機械強度，2015（5）.

[2]張菊輝，陳楊，姚兆瑋.高阻尼橡膠支座隔震橋梁簡化力學模型動力分析[J].機械強度，2019（1）.

[3]張永偉，魏仲琛，潘強，等.基于SolidWorks的三輪汽車車架靜態(tài)分析[J].裝備機械，2017（3）.

[4]汲方林.基于Simulation的測斜鉆桿靜態(tài)分析及優(yōu)化設計[J].礦山機械，2014（3）.

[5]張文光，王大鎮(zhèn)，應帥，等.采用Solidworks弧面分度凸輪建模新方法及靜態(tài)分析[J].中國工程機械學報，2018（5）.

[6]張文光，弓清忠，王大鎮(zhèn)，等.單頭弧面分度凸輪實體建模新方法及運動仿真[J].組合機床與自動化加工技術，2014（2）.

[7]趙燕偉，盛猛，李廷，等.皮革切割力與吸附力理論研究[J].機床與液壓，2012（5）.