基于UG的CAE技术在摇臂机构设计中的应用

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1、基于UG的CAE技术在摇臂机构设计中的应用慕龙（新疆天业集团有限公司化工研究院新疆石河子832000）摘要：本文通过软件UGNX7.0建立实验平台摇臂机构的三维模型，并利用UGNX7.0的高级仿真模块对其进行结构受力分析，得到了摇臂的应力、应变、位移分布图，并在此基础上利用软件进行结构优化分析，为设计提供参数和依据。关键词：摇臂；UGNX7.0；有限元分析；结构优化ApplicationofCAEtechnologyfordesignofrockermechanismbaseonUGMuLong(XinjiangTianye(group)Co.,ltd.ResearchInstituteo

2、fChemicalxinjiangshihezi832000)Abstract:ThisarticlethroughthesoftwareUGNX7.0rockermechanismestablishmentofexperimentplatformofthe3Dmodel,andbyusingUGNX7.0seniorsimulationmoduleofitsstructurestressanalysis,obtainedtherockerstress,strainanddisplacementdistribution,andonthisbasisusingsoftwarestructur

3、eoptimizationanalysis,toprovideparametersanddesignbasis.Keywords:rockermechanism；UGNX7.0；finiteelementanalysis；structuraloptimization收稿日期：作者简介：慕龙（1978--），男，工程师，从事机械设计与制造相关工作。联系地址：联系地址：新疆石河子市北三东路36号新疆天业集团化工研究院E-mail：联系电话：13579457832E-mail：mlong-007@163.com1引言有限元法已越来越多的应用在现代产品设计之中，它的实质是将连续的物理模型离散化为有

4、限个单元体，只在有限个节点相互连接，每个单元选择一个函数，近似模拟该单元的物理量，如位移分布或者应力分布。然后确定优化的目标，在保证模型刚度安全裕度的前提下计算得各约束条件的尺寸值，为产品的设计开发提供指导。本文以一实验平台的摇臂机构为例来说明UGCAE技术在机械机构设计中的应用。2建模与仿真2.1三维模型的建立该模型为一可偏转实验平台一侧的摇臂结构，可偏转一定的角度，通过中间肋板上的定位孔定位，摇臂的底部与实验平台连接，承受单向载荷。应用UG的三维建模模块建立全参数化的三维模型，如图1，侧肋板的约束尺寸为p39，如图2，中间肋板截面如图2草图所示，拉伸的特征参数为p55，在满足刚度的条件

5、下可通过仿真对其优化。2.2仿真2.2.1创建解算方案并划分网格进入高级仿真模块，解算方案选择【SESTATIC101-单约束】，通过理想化几何体的方式删除模型上的定位孔和螺栓孔，对简化后的模型划分网格，类型为【CTETRA（10）】的3D四面体，大小为5，单元数11705，节点数20899。图12.2.2添加材料属性本结构选用的材料为HT400，对应UG自带的材料库为Iron_Cast_G40，杨氏弹性模量为1.4e+008mN/mm2(kPa)，密度为7.15e-006kg/mm3，泊松比为0.25，屈服强度为345MPa。收稿日期：作者简介：慕龙（1978--），男，工程师，从事机械

6、设计与制造相关工作。联系地址：联系地址：新疆石河子市北三东路36号新疆天业集团化工研究院E-mail：联系电话：13579457832E-mail：mlong-007@163.com图22.2.3添加约束和载荷由于可偏转试验平台为左右对称结构，两侧的摇臂与试验平台连接，故Z方向的变形不做计算，只计算X方向的变形，摇臂上部的圆孔通过销钉与支架固定，采用销钉约束，单侧受力，摇臂的底部承受负X方向的单向载荷，大小为3000N，添加约束和载荷之后的摇臂如图3所示。图32.2.4分析求解有限元模型检查，在确认无误后求解，得到该模型节点的应力云图和位移云图，如图4所示，最大应力为98.44MPa，出现

7、在摇臂靠近下端平面处，与实际分析的一致，如果安全系数Ks取1.6，也满足许用应力条件MPa，满足刚度要求。从位移云图上可以看出，最大位移出现在摇臂的最下端，为X轴的负方向0.2391mm。2.3结构优化以摇臂结构的重量最小化为目标，定义约束条件，最大应力上限为220MPa，最大X负方向位移为0.2mm，设计变量P39的范围为10——15mm，特征参数p55的范围为3——5mm，然后进行求解，如图4图5、图6所示，在进行六