UG NX10.0强度分析应用实例

肖猛军

国营长风机器厂

UG NX10.0强度分析应用实例

肖猛军

国营长风机器厂

本文介绍了UG NX10.0强度分析的应用实例。利用UG NX10.0，分析了一种可折叠支架在受重力载荷下主要的应变与应力分布。仿真实例在UG NX10.0设计仿真使用中有一定的借鉴意义。

模型简化；仿真；刚强度

引言

现在市场竞争激烈，产品设计周期短，几乎没有试制验证阶段，所以仿真已成为目前设计工作中必需进行的一项课题。在设计初期通过仿真发现问题，解决问题，对产品进行仿真优化设计，会大大缩短产品的上市周期，节约生产成本。

随着UG NX等三维建模软件的广泛使用，其内置仿真分析模块使用方便，用户可以用一种软件完成建模和仿真分析，给设计工作带来诸多便利。本文以UG NX10.0为计算仿真工具，使用其内部集成的nastran，对一种折叠支架在受重力载荷下主要的应变与应力分布进行了设计仿真计算。简单介绍了UG NX10.0在力学仿真中的一般使用方法和经验。

1.UG NX10.0的模型形式

UG NX10.0的模型有4种形式，根据功能的不同，用不同后缀定义模型，关系如下：

其中后缀.prt是实体的主模型，真实反映实体模型特征；后缀. iprt是仿真简化模型，它以.prt模型为基础，简化模型特征，建立流体域等，简化模型不改变主模型，简单的实体模型可以不建立仿真模型；后缀.fem是划分网格模型，在仿真时进行网格划分并定义材料；后缀.sim是解算模型，用来定义边界、载荷、解算和进行后处理，得到仿真结果。

2.折叠支架建模

根据用户使用要求，折叠支架在运输时折叠，架设设备时展开，展开后占用空间1100mm×1100mm×900mm。要求轻便，稳固，可承载1600公斤重量。设计中支脚采用Φ32，壁厚3 mm钢管、拉杆采用Φ20，壁厚3 mm钢管；连接件采用钢材；安装板采用铝合金。应用建模技术分别对支脚、拉杆、安装板、连接件进行三维实体建模。依据安装顺序依次进行组装和约束设置，最终完成折叠支架.prt的三维立体建模，如图1所示。

图1　

3.仿真分析

3.1模型简化

在进行仿真分析前需要对模型进行简化处理.以简化网格划分，节约计算资源，提高解算的成功率。本案例主要进行了以下几种简化：

去除非受力部位的小孔，螺纹，倒角等。

焊接部位的焊缝强度远大于所受作用力，在整件装配体中简化为粘接形式，以节约计算时间。焊缝强度也可另外进行部件级仿真分析，此处暂不论述。

将模型中的球副支脚简化为整体支脚，简化后不影响支架整体结构的力学分析。

3.2建立简化模型

选择名称后缀为.prt的实体模型，建立仿真模型，选择创建理想化部件选项，求解器选择NX NASTRAN。在理想化部件（后缀为.iprt）里对实体模型按3.1所述进行简化处理，处理后如图2所示：

图2　

3.3划分网格和分配材料

实体模型简化处理后，将名称后缀为.fem的模型设为工作部件。选取所有几何体进行网格划分，本例网格参数勾选“每个个体自动选择大小”选项进行网格划分，其它选项默认。网格划分结束后通过3D收集器为各零件分配材料，此折叠支架中支脚、拉杆、连接件采用钢材；安装板采用铝合金。

3.4添加边界条件和载荷

将名称后缀为.sim的模型设为工作部件。

3.4.1添加约束和载荷

折叠支架安装板的Y方向载荷1600公斤，支脚放在支撑面，Y方向为支撑方向，支架不会在Y方向运动，所以支脚底面约束为Y方向固定，其它方向自由。

在折叠支架安装板载荷面的Y方向添加1600公斤载荷。

3.5求解和后处理

在经过模型简化、网格划分、材料分配、添加约束条件、添加负载载荷5个步骤后折叠支架如图3所示，可以进行仿真计算。

选取默认的解算方案Solution 1（Solution 1可以更改名称），在快捷菜单里先选择编辑，检查设置的解算器是否是NX NASTRAN（其它选用默认就行），然后在快捷菜单里选择求解，进行仿真计算。

仿真计算完成后，查看仿真结果。右键双击Structural，进入后处理，在后处理中选择位移，应力等选项进行查看。得到仿真结果。

位移结果如图4所示。

应力结果如图5所示。

图3　

图4　

4.折叠支架应力和变形分析

图5

图4为折叠支架变形云图，图5折叠支架应力云图。根据图4、图5可以看出折叠支架在承受最大作用力时的最大变形量为0.777mm，最大应力为129.9MPa。同时可以从应力分布看出折叠支架的主要受力部位在支脚根部。设计中应保证支脚根部有足够的强度，可采用45#钢制造，查45#钢的屈服强度最小为355MPa，其安全系数为2.73倍，完全满足使用要求。

5.结束语

通过对折叠支架结构刚强度的NX NASTRAN软件分析、计算仿真，得出了折叠支架主要受力件的静力学性能，准确真实地获得了支架的应力、应变分布，发现了最大应力位置，对后续结构优化和材料选用有一定的借鉴意义。

［1］刘帅主编.UG NX10.0产品建模设计基础教程.机械工业出版社，2015.10

［2］章兆亮主编.UG NX10.0宝典.西南交通大学出版社，2016.1

［3］濮良贵编著.机械设计.第五版.北京：高等教育出版社，1991.11