基于Solidworks环模单体有限元分析方法研究

    Simulation是一种基于有限元分析技术（即FEA数值）的设计分析软件。进行有限元分析时，先在中建立零件的实体模型，进行一系列完整参数定义后，创建相应的分析算例，定义零件的材料属性：再根据实际工况条件对零件进行约束设定，必要时添加载荷，实现零件模型的网格化，最后运行算例分析。运用 Simulation进行分析，可以快速得到相应的计算分析结果，极大地缩短新产品的设计周期，降低实验成本，提高产品质量，并最终获得更大利润。以环模单体为基础，研究并探讨其有限元分析方法。

1 静态分析

    基于的静态分析是有限元分析方法中较为常用的分析模块，能够通过对具体零件施加预知载荷条件，模拟实际工作环境，分析零件所受应力和变形情况，校核其是否满足工作强度要求，对实际工作应用有指导和参考作用。现主要探讨环模单体静态分析方法。

    首先，建立环模单体几何模型，约束尺寸集并定义环模材质（如图1所示）；其次，建立静态分析算例，对受力部位施加外部载荷，定义夹具类型；最后，划分零件网格，进行分析计算，结果如图2所示。

图1 环模单体模型

图2 环模的应力分析

    由分析结果可以看出，环模属性中C45材料的选取相对不合理，受力成型模孔区域已超出应力屈服极限。为适应工作强度，优化其性能，可选择合金钢20CrMnTi材料。它经过表面渗碳等表面热处理，硬度能够达到HRC50以上，具有良好的综合力学性能，耐磨性好于C45钢，缺点是耐腐蚀性不好。

    再次对新选材料进行环模受力分析，结果如图3所示。环模受力部位的变形情况如图4所示。

图3 环模的应力图解

图4 环模的位移图解

    应力分析结果显示，更换材料后的环模工作强度符合要求，受力部位变形小，处于正常工作强度范围内，安全系数较大。

    疲劳分析是环模旋转件工作过程中不断承受循环变应力下丁作寿命和损坏程度而言的。环模结构特殊，表面有数量较多的成型模孔，每个模孔都要经历N次受压过程，其表面应力是随着时间变化的。特定材质环模的失效损坏时间是值得讨论的问题。

    在静态分析的基础上建立新算例。首先，在设置环模属性中，选用合金钢20CrMnTi的材质属性，算例添加事件载荷周期预设为106，载荷形式为LR=-0.527，运行分析后得到损坏结果（如图5所示）。环模的生命图解如图6所示。