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《SimSolid精度校驗與實際分析案例應用》

作者：何發龍  蘭石研究院

以力學拉伸試樣件為載體，將SimSolid軟體計算結果與實驗結果進行比較，模擬分析時建立模型同實驗樣品一致，建立應變片相應的幾何區域，在SimSolid中查看相應區域應力值，與實驗資料進行對比，驗證SimSolid軟體計算的精度。

試驗材料使用12Cr2Mo1的韌性材料進行試驗，首先根據尺寸進行車間加工，將試樣件的相關區域粘貼應變片，粘貼完成後連接相關線路將試樣件在萬能試驗機上進行試驗，載入過程為20KN、30KN………70KN，到該載入數值時，試驗機在相應拉力下停止兩分鐘，能夠讓應變儀記錄準確的微應變資料，該試樣件的厚度為10mm。

試樣尺寸和應變片位置如下如所示：

幾何尺寸

實驗樣品

根據相同的邊界條件對試樣件進行建模用SimSolid軟體進行分析計算，查看相應位置處的應力應變雲圖：

實驗應變片資料如下表：

對應應變片微應變數值

資料對比分析

上表中誤差分析為實驗值和SimSolid軟體計算值比較，通過表中資料可得，試驗資料與模擬數值相近，誤差在5%左右，通過應變片的實際試驗資料很好的驗證了模擬資料，相同試樣件通過不同的方法得到相應區域應力的大小，兩種測定試樣件相關力學參數的方法為以後大型機械某些區域的應力應變測試提供依據。

本文分別採用傳統有限元軟體M和SimSolid，在邊界條件相同狀態下，對車軸矯直機進行靜力學分析，分析在油缸壓力為27.5MPa時，矯直機大小鉗臂的受力情況以及位移；同時對比兩個軟體應力和形變數值，為後續結構設計過程中採用SimSolid進行結構分析提供參考。

車軸矯直機幾何模型如下圖所示，主要部件有大小鉗臂、鉗口、油缸、模具等部件，工作時大小鉗臂為主要受力部件，進行分析時採用整機分析。為驗證SimSolid軟體的計算結果，在SimSolid和傳統有限元軟體M中導入完全一樣的幾何模型。

車軸矯直機幾何模型

車軸矯直機各部件的材料如下表, 底座底面為約束面，油缸內部壓力為27.5MPa,接觸根據實際情況分為綁定接觸和摩擦接觸兩類，其中摩擦係數為0.3。

各部件材料屬性

邊界條件

接觸對顯示

應力值大小比較

根據上表結果可知：以傳統有限元軟體M計算結果為標準值時，SimSolid計算應力值都處於偏小狀態，最大偏差在9.5%。

位移變形量大小比較

根據上表結果可知：以傳統有限元軟體M計算結果為標準值時，SimSolid計算位移量處於偏小狀態，最大偏差在5.5%。

計算結果數值有差距，根據應力分佈和位移變形量雲圖可知，兩個軟體在應力值、位移變形量的分佈趨勢是相近的，說明SimSolid計算結果具有一定的準確性。

• 在操作性方面，SimSolid軟體相比HyperMesh，前處理簡單快捷，在設置接觸時容易快捷、在計算性能方面相比傳統有限元軟體M計算速度快、電腦記憶體消耗少；

• 計算結果具有準確性，並具有很好的參考價值。建議將SimSolid與Inspire、OptiStruct等結構優化軟體聯合，建立結構優化建模功能以達到結構前期設計的目的，為機械行業新產品的研發與優化提供有效的技術支援；

• 兩軟體計算結果有差別，個人傾向該軟體用於結構設計的前期比較方便、快捷、還能提供有效的可行的方案和結果。設計後期仍可用SimSolid和傳統有限元分析軟體進行計算對比。