solidworks有限元分析16例

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1、 注意:本文件内容只是一个简短的分析报告样板分析报告样板，其内相关的分析条 件、设置和结果不一定是正确的，您还是要按本书正文所教的自行来 做。 一、范例名： (Gas Valve气压阀) 1 设计要求： （1）输入转速 1500rpm。 （2）额定输出压力 5Mpa，最大压力 10Mpa。 2 分析零件 该气压泵装置中，推杆活塞、凸轮轴和箱体三个零件是主要的受力零件，因此对这三个零件进行结构 分析。 3 分析目的 （1）验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。 （2）分析凸轮轴零件和推杆活塞零件的模态，在工作过程中避开共振频率。 （3）计算凸轮轴零件的工作寿命。 4 分析结果 1.。推杆活塞

2、零件。推杆活塞零件 材料：普通碳钢。 在模型上直接测量得活塞推杆的受力面积 S 为： 162mm2， 由 F=PS 计算得该零件端面的力 F 为： 1620N。 所得结果包括： 1 静力计算： （1）应力。如图 1-1 所示，由应力云图可知，最大应力为 21Mpa，静强度设计符合要求。 （2）位移。如图 1-2 所示，零件变形导致的最大静位移为 2.2e-6m。 （3）应变。如图 1-3 所示，应变云图与应力云图的对应的，二者之间存在一转换关系。 图 1-1 应力云图 图 1-2 位移云图 图 1-3 应变云图 图 1-4 模态分析 2 模态分析： 图 1-4 的“列举模式”对话框中列出了“推

3、杆活塞”零件在工作载荷下，其前三阶的模态的频率远远 大于输入转速的频率，因此在启动及工作过程中，该零件不会发生共振情况。模态验证符合设计要求。 2。凸轮轴零件。凸轮轴零件 材料：45 钢，屈服强度 355MPa。 根据活塞推杆的受力情况，换算至该零件上的扭矩约为 10.5Nm。 1 静力分析： 如图 1-5 所示为“凸轮轴”零件的应力云图，零件上的最大应力为 212Mpa，平均应力约为 120MPa， 零件的安全系数约为 1.7，符合设计要求。 图 1-5 应力云图 图 1-6 模态分析 2 模态分析 图 1-6 的“列举模式”对话框中列出了“推杆活塞”零件在工作载荷下的模态参数，“模式 1”

4、的结 果为其自由度内的模态，不作为校核参考。第二阶模态的频率远远大于输入转速的频率，因此在启动及工 作过程中，该零件不会发生共振情况。模态验证符合设计要求。 3箱体零件箱体零件 按书中尺寸建立模型，零件体积 254cm3。材料选用灰铸铁，极限应力 151.6MPa。 对该零件进行静力分析，结果如图 1-7 所示。模型的最大 von Mises 为 16.1MPa,零件的安全系数约为 9.4。 图 1-7 箱体应力云图 5 零件改进 箱体零件的安全系数很大，这里通过减小零件的厚度来减小零件的重量。模型中有很大部分的应力很 小，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔，可以去掉部分材料，改进后零件的体积为

5、188cm3。 对改进后的模型运行静力分析，结果如图 1-8 所示：最大 von Mises 为 26.1MPa，安全系数约 5.8。 图 1-8 改进模型应力云图 6 成本节约 模型原来的体积为 254cm3，改进后的模型的体积为 188cm3，体积减少了 66cm3，每件减少的重量为 475g，如果生产 10000 件，那么总共可节省材料 4750kg，以当前灰铸铁的市场价格为 8000 元/吨，那么可 以节省 38000 元。 二、范例名： (Lifter升降机构) 1 设计要求： （1）输入转速 1500rpm。 （2）额定提升载荷 2000N。 2 分析零件 该升降装置中，蜗杆、蜗轮

6、是传动装置，本体零件是主要的承载部分。因此，这里对本体零件进行静 力分析。 3 分析目的 验证本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。 4 分析结果 按书中尺寸建立模型，零件体积为 68.7cm3。材料选用可锻铸铁，极限应力 275.7MPa。 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析， 结果如图 1-9 所示。 模型的最大 von Mises 为 62.1MPa, 零件的安全系数约为 4.4。 图 1-9 本体零件应力云图 5 零件改进 由零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为 62.1MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑 零件的结构，如钻螺纹孔，可以对这些部位减小尺寸，从而减

7、轻零件的质量。除了减小了零件的厚度外， 还更改了模型上加强筋结构的尺寸和结构。改进后零件的体积为 60cm3 对改进后的模型运行静力分析，结果如图 1-10 所示：最大 von Mises 为 120.5MPa，安全系数约 2.3。 图 1-10 改进模型应力云图 6 成本节约 模型原来的体积为 68.7cm3，改进后的模型的体积为 60cm3，体积减少了 8.7cm3，每件减少的重量为 63.5g，如果生产 10000 件，那么总共可节省材料 635kg，以当前可锻铸铁的市场价格为 10000 元/吨，那么 可以节省 6350 元。 三、范例名： (Electromagnetism Valv

8、e电磁阀) 1 设计要求： 电磁阀的额定工作压力为 2MPa，最大工作压力为 4MPa。 2 分析零件 该升降装置中本体零件是主要的承载部分。因此，这里对本体零件进行静力分析。 3 分析目的 验证本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。 4 分析结果 按书中尺寸建立模型，零件体积为 57.7cm3。材料选用灰铸铁，极限应力 151.6MPa。 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析， 结果如图 1-11 所示。 模型的最大 von Mises 为 60.5MPa, 零件的安全系数约为 2.5。 图 1-11 本体零件应力云图 5 零件改进 由零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为 6

9、0.5MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑 零件的结构，如钻螺纹孔和管罗纹接口等，可以对一些应力较小的部位减小尺寸，从而减轻零件的质量。 改进后零件的体积为 48.6cm3 对改进后的模型运行静力分析，结果如图 1-12 所示：最大 von Mises 为 104.1MPa，安全系数约 1.46。 图 1-12 改进模型应力云图 6 成本节约 模型原来的体积为 57.7cm3，改进后的模型的体积为 48.6cm3，体积减少了 9.1cm3，每件减少的重量为 65.5g，如果生产 10000 件，那么总共可节省材料 655kg，以当前可锻铸铁的市场价格为 10000 元/吨，那么 可以节省

10、 6550 元。 四、范例名： (Drill Clamp钻模夹具) 1 设计要求： 夹具用于钻床使用，最大轴向钻削力为 1800N。 2 分析零件 该钻模夹具装置中底座和摇摆座两个零件是主要的承载部分。因此，这里对底座和摇摆座零件进行静 力分析。 3 分析目的 （1）验证底座零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。 （2）验证摇摆座零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。 4 分析结果 1。底座零件。底座零件 按书中尺寸建立模型，零件体积为 63.6cm3。材料选用灰铸铁，极限应力 151.6MPa。 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析， 结果如图 1-13 所示。 模型的最大 von M

11、ises 为 6.7 MPa, 零件的安全系数约为 22.6。 图 1-13 底座零件应力云图 2。摇摆座零件。摇摆座零件 按书中尺寸建立模型，零件体积为 42.2cm3。材料选用灰铸铁，极限应力 151.6MPa。 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析， 结果如图 1-14 所示。 模型的最大 von Mises 为 49.8MPa, 零件的安全系数约为 3。 图 1-14 摇摆座零件应力云图 5 零件改进 1。底座零件。底座零件 由图 1-13 的底座零件应力云图可以看出， 零件上的最大应力为 67.2MPa， 零件上应力小的部分比较多， 同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔等，可以对一些

12、应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进 后零件的体积为 51.6cm3 对改进后的模型运行静力分析，结果如图 1-15 所示：最大 von Mises 为 28.1MPa，安全系数约 5.4。 图 1-15 改进模型应力云图 2。摇摆座零件。摇摆座零件 由图 1-14 的底座零件应力云图可以看出， 零件上的最大应力为 49.8MPa， 零件上应力小的部分比较多， 同时考虑零件的结构，如钻孔等，可以对一些应力较小的部位减小厚度，从而减轻零件的质量。改进后零 件的体积为 37.5cm3 对改进后的模型运行静力分析，结果如图 1-16 所示：最大 von Mises 为 50.4MPa，安

13、全系数约 3。 图 1-16 改进模型应力云图 6 成本节约 底座和摇摆座模型原来的体积分别为 63.6cm3和 42.2 cm3， 改进后的模型的体积分别为 51.6 cm3和 37.5 cm3， 体积共减少了16.7cm3， 每件减少的重量为120.24g， 如果生产10000件， 那么总共可节省材料1202.4kg， 以当前灰铸铁的市场价格为 8000 元/吨，那么可以节省 9619.2 元。 五、范例名：CH07(Diesel Oil Engine Pump柴油引擎燃料泵) 1 设计要求： 该装置为柴油引擎燃料泵，最高工作压力为 4MPa。 2 分析零件 件 3 套筒零件的内腔用来将燃

14、料增压， 件 3 套筒零件的损坏情况可能为强度破坏， 也可能为疲劳破坏， 因此分析件 3 套筒零件的静强度和疲劳强度。 3 分析目的 1、验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求； 2、求解模型在给定工作载荷下的疲劳寿命。 4 分析结果 1静力分析静力分析 按书中尺寸建立模型，零件体积为 8cm3。材料选用 AISI 1020，屈服应力 351.6MPa。 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析， 结果如图 1-17 所示。 模型的最大 von Mises 为 25.8 MPa, 零件的安全系数约为 13.6。零件安全。 图 1-17 套筒零件应力云图 2疲劳分析疲劳分析 周期载荷为 P=

15、4MPa，LR=0，周期个数：1000000。对零件进行疲劳分析，得到零件的损坏云图、生 命总数云图和安全系数云图分别如图 1-18图 1-20 所示，由安全系数云图可以看出，零件是安全的。 图 1-18 损坏应力云图 图 1-19 生命总数云图 图 1-20 安全系数云图 5 小结 本节验证了柴油引擎燃料泵装置里件 3 套筒零件的静强度和疲劳强度，计算结果表明，两项指标均符 合设计要求。考虑到成本和结构问题，这里不作改进。 六、范例名： (Turning Machine转向机构) 1 设计要求： 该装置为一转向机构，该机构主要用于需要换向的场合，设计工作载荷为 600N。 2 分析零件 件 1 本体零件和件 4 端盖零件是主要的承载零件，因此，这里对本体和端盖零件进行静强度校核。 3 分析目的 1、验证件 1 本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求； 2、验证件 4 端盖零件在给定的载荷下静强度是否满足要求； 4 分析结果 两个零件的材料均选用灰铸铁，极限应力 151.6MPa。按照书中尺寸进行建模，件 1 本体零件和件 4 端盖零件的体积分别为 133 cm3和 16.7 cm3，总体积为 149.7 cm3。 根据零件的工作情况， 对该零件进行静力分析， 结果如图 1-21 所示。 模型的最大 von Mises 为 51.3 MPa, 零件的安全系数约为 3。零件安