基于SolidWorks对结构架的分析和优化

    旋转平台的结构架是整个旋转设备中主要承载的部件，它的强度和刚性情况直接决定了旋转平台设备的使用性能，平台的结构和受力情况如图1所示。

    图1 平台的结构和受力情况

    如果对单根梁进行受力分析显然很容易，但这个结构架为若干不同规格的结构架焊接而成，分析则比较复杂。每个转台台面钢架由8个扇形钢架组成，单件结构架由三种不同规格的矩形管焊接而成，整个转台的承载能力要求为60KN，结构架为8个，受力按均布载荷处理，这样每个结构架的受力按8KN计算。扇形钢架是由80×60×5、60×60×5和40×20×2.5的矩形管焊接而成。

1 有限元模型的建立及分析

    首先我们先用建模。

    新建一个零件文件，点击绘制草图，选择一个基准面。用相关的草图命令勾勒出线条，用尺寸进行约束。草图做好后，添加型钢。利用的焊接功能建模，点结构构件工具图标，选取边缘的线段做路径，材料规格选择方管管60×60×5。同理做出中间的大梁和其余的小梁，规格分别为80×60×5、40×20×2.5。然后利用剪裁命令处理掉多余的部分，建好的模型如图2。通过属性设置好材料，可知结构架的重量为82kg。

    梁的边缘都为圆角，这样分析起来会增加分析的时间。如果我们把结构架上圆角压缩掉，这样对计算结果没有什么影响并提高计算速度，所以将圆角都压缩掉。

    1)由于目前的版本不支持多实体，所以先将多实体组合成单实体。运行自带的有限元分析插件simulation xpress。点选项，设置好分析结果的保存位置后，接着点下一步。然后点添加夹具，选择固定不动的面。本例中由于结构架靠中心支撑和轨板来支撑，所以选取这两个部分做固定约束部分，见图2。选好后接着下一步。

    图2 固定不动的面

    2)添加载荷。选择添加力，系统默认力的单位是公制(N)，选取结构架约束的背面作为承重面，添加载荷大小为8KN，方向垂直向下，选好后点确定，接着下一步。

    3)选择材料。型钢的材料一般为0235，我们选择普通碳钢，其力学性能为δ_n=235Mpa，δ_b=370Mpa弹性模量为2×10⁵Mpa，泊松比0.3，密度7.85×10³kg/m³。没什么问题就可以模拟了。

    4)运行模拟。计算机首先对模型进行网格化，网格化是比较费时的，结构越复杂运行的时间会越长。当分析失败时可以减小网格的大小，完成网格化。网格完毕后模型如图3所示。