基于SolidWorks对一款切割刀碳纤维片的应力应变简化分析

杨强中

【摘 要】针对一款柔性材料切割刀需对其内部的碳纤维片在载荷作用下做应力应变分析，在SolidWorks软件中建立了该柔性材料切割刀的三维模型，利用SolidWorks motion对其零部件进行了反作用力分析，以便于后续的简化操作;同时，计算了碳纤维片以下部分零部件质量，以求得碳纤维片收到的下拉力，从而达到简化的效果。使用SolidWorks simulation中的静态分析，对碳纤维片进行应力应变分析，获取应力应变云图及相关数据。

【关键词】SolidWorks;碳纤维片;应力应变

【中图分类号】TG333.21 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）10-0047-02

0 引言

柔性材料切割刀是一种目前切割机上非常重要的零件，切割材料都是由切割刀完成，目前一款新型切割刀（三维模型如图1所示）中有一个重要零件——碳纤维片1，它对切割刀工作的安全性及效率起到至关重要的作用。由于碳纤维片是和偏心轮、导向轴相连的部件，它也起到传递动力的作用，电机驱动偏心轮转动，偏心轮通过碳纤维片带动其以下部分实现上下直线运动，碳纤维片既收到偏心轮带来的振动，还受到双向的作用力，如果在工作时出现疲劳损坏或是断裂现象，将直接使切割刀无法正常工作，甚至会对附近操作人员带来身体伤害，所以对碳纤维片做应力应变分析非常重要，但由于切割刀三维模型太复杂，包括ansys workbench等专门用来做分析的软件都出现模型太复杂及网格划分需占用大量内存空间等问题，故本文将通过对切割刀进行简化后再对碳纤维片进行分析。

1 简化过程

由于尝试过使用SolidWorks Simulation及ANSYS workbench等软件直接对切割刀进行静态分析时出现了模型不稳定、约束不适当、模型太复杂、CFX-mesh method网格划分需占用大量内存空间等问题，以至于无法求解，因此通过力学方面知识对切割刀进行简化，步骤如下。

（1）将碳纤维片以下所有相连的零部件质量通过SolidWorks评估中的质量特性获取到数值，由G=mg计算出这些零部件的总重力，将这些零部件从模型中去除，由总重力代替，减少了因繁杂装配导致的干涉问题。

（2）利用SolidWorks motion对偏心轮、轴承、轴承套、碳纤维片进行动态分析，在偏心轮与电机轴连接處添加一个旋转马达，由实际情况将转速设置为19 800 rpm，获取碳纤维片与偏心轮连接处的支撑反力情况（如图2所示），可知碳纤维片所受偏心轮作用力最大压力-3 N，最大拉力为2 N。

2 SolidWorks simulation静态分析

通过对切割刀的简化，只取出碳纤维片，选择SolidWorks simulation中的静态分析，根据实际情况在“零件”中将碳纤维片材料定义为合金钢，考虑到碳纤维片的两端圆孔处是由两紧固螺钉固定连接的，故在“夹具”中在此两处设置“固定”;由于简化过程中偏心轮对碳纤维片的作用力为谐波，只选择考虑其最大压力和最大拉力时的应力应变，因此在“外部载荷”中分别设置碳纤维片上部作用力为最大压力-3 N及最大拉力2 N，此处做两步分析;在碳纤维片下部添加零部件简化后的重力。随后进行网格划分和运算，分别获取受偏心轮最大压力及最大拉力的应力应变结果图（如图3所示）。

3 结论

本文通过建立及简化新型柔性材料切割刀三维模型，对碳纤维片进行了应力应变分析，得到其应力应变分布图。在简化过程中，利用力学理论、SolidWorks motion动态分析等，通过力来代替复杂的零部件及其约束，为以后对复杂模型进行各种类型的分析提供了一种简便的方法。

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