型材使用的強(qiáng)度剛度校核方法

隆彩云

摘要：在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，為保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械零件能安全、可靠地工作，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)應(yīng)考慮強(qiáng)度、剛度是否滿足要求。強(qiáng)度、剛度的校核方法有計(jì)算校核法和CAE有限元分析法。計(jì)算校核法結(jié)合三維軟件獲取截面特性參數(shù)，適用于簡(jiǎn)單的受力模型情況。CAE有限元分析法是現(xiàn)在較為普遍使用的方法。文章針對(duì)型材利用Creo三維繪圖軟件采用兩種校核方法進(jìn)行強(qiáng)度剛度校核。

Abstract： In mechanical design， to ensure that the designed mechanical parts can work safely and reliably， strength and rigidity should be considered when designing. There are two methods for strength and rigidity checking， which are the calculation checking method and the CAE finite element analysis method. The calculation checking method combined with 3d software obtained the cross section characteristic parameters is fit for simple force model. The CAE finite element analysis method is now more commonly used method. This paper uses two kinds of checking methods to check the strength and rigidity of profile by Creo 3d drawing software.

關(guān)鍵詞：型材;強(qiáng)度;剛度;計(jì)算;CAE有限元分析;Creo

Key words： profile;strength;rigidity;calculation;CAE finite element analysis;Creo

中圖分類號(hào)：TH122 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）08-0221-04

0 ?引言

強(qiáng)度要求就是指零件中的應(yīng)力不得超過允許的限度。對(duì)于韌性材料，當(dāng)其上最大正應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度極限時(shí)，便認(rèn)為其發(fā)生失效;對(duì)于脆性材料，當(dāng)其上最大正應(yīng)力達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，便認(rèn)為其發(fā)生失效[1]。原則上可以采用以下措施提高零件強(qiáng)度：采用強(qiáng)度高的材料;使零件具有足夠的截面尺寸;合理地設(shè)計(jì)零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩;采用熱處理和化學(xué)熱處理方法，以提高材料的力學(xué)性能;提高運(yùn)動(dòng)零件的制造精度，以降低工作時(shí)的動(dòng)載荷;合理地配置機(jī)器中各零件的相互位置，以降低作用于零件上的載荷等[2]。

剛度要求是指零件在工作中所產(chǎn)生的彈性變形不超過允許的限度。原則上說，為了提高零件的整體剛度，可采取增大零件截面尺寸或增大截面的慣性矩;縮短支承跨距或采用多支點(diǎn)結(jié)構(gòu)，以減小撓曲變形等。

1 ?舉例說明

一條截面形狀如下的型材（見圖1），材料為Q235，長(zhǎng)度1000mm，兩端固定，在其中間部位加載150kg的載荷，試校核其強(qiáng)度、剛度。

1.1 采用CAE有限元分析法，利用Creo Simulate軟件進(jìn)行強(qiáng)度剛度校核

①在三維繪圖軟件Creo中繪制數(shù)模。

②進(jìn)入simulate，選擇“應(yīng)用程序—simulate”（見圖2）。

③分配材料屬性，選擇“材料分配—更多—steel. mtl—確定”。

④添加約束（見圖3）。

⑤劃分載荷區(qū)域，選擇“精細(xì)模型—曲面區(qū)域—草繪—確定” （見圖4）。

⑥添加載荷，選擇“力/力矩—選擇曲面區(qū)域—輸入力值（1500N）—確定”。

⑦網(wǎng)格劃分，確定網(wǎng)格尺寸，選擇“精細(xì)模型—控制—最大元素尺寸—分量—輸入元素尺寸（10mm）-確定”。

⑧網(wǎng)格劃分，選擇“AutoGEM—?jiǎng)?chuàng)建”（見圖5）。

⑨運(yùn)行分析求解，選擇“分析和研究—文件—新建靜態(tài)分析”。

⑩運(yùn)行分析求解，選擇“單通道自適應(yīng)—確定—綠色小旗”，當(dāng)狀況為“completed”時(shí)點(diǎn)擊“封閉”（見圖6）。

2 ?結(jié)語(yǔ)

以上是兩種靜態(tài)強(qiáng)度校核方法的過程，綜上所述，兩種方法得到的結(jié)論是相同的，但具體的結(jié)果數(shù)值不完全相同。CAE有限元分析法因?yàn)閯澐志W(wǎng)格大小不同，分析所得的結(jié)果也不同。根據(jù)以上靜態(tài)強(qiáng)度校核結(jié)果大致可判定設(shè)計(jì)的可行性，但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮疲勞強(qiáng)度、磨損等因素的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]怡合達(dá)鋁合金型材/配件產(chǎn)品目錄：13-14.

[2]西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著.濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].七版.北京：高等教育出版社，2001（2002重?。?1-12.

[3]田濤.建筑幕墻鋁合金型材截面設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2015，34（08）：152-153.