NX-Nastran在零件结构改进中的工程应用

 

　　本文通过对失效零件的结构断裂问题进行研究分析，在实际设计空间以及成本的限制条件下，探寻合理的优化结构，找到工程中易实现、较经济的解决方案。

　　一、问题的提出

　　在新产品的研发中，对结构的可靠性需要进行批量的寿命测试。对如图1所示的零件进行批量的寿命测试中，在百分之一概率的样品中，凸起柱状结构a处出现了断裂现象，导致全套机构功能失效。图2为零件失效结构断裂状态。

　　

 

　　

 

　　分析此结构的工作状态，如图3所示，柱状结构表面受到金属零件周期性的压力F，压力F的大小可以通过测力计得到。在实际的使用操作中，柱状结构a处还要受到小幅冲击力以及工作状态中的环境温度与湿度影响。在针对问题的分析中，结合工程经验得出压力F是导致断裂的主要影响因素，为此可以简化条件，根据主要原因得到抽象分析模型(见图4)，然后进行Nastran分析。

　　二、基于有限元Nastran分析与优化

　　1.结构应力集中分析

　　应用有限元分析软件Nastran的分析流程，首先对模型简化，进行现有结构的应力变形分析，找到造成断裂的结构应力集中位置，然后进行下一步的结构优化。

　　定义材料属性，用3D mesh 10节点单元对非规则性的模型进行网格划分，为了保证计算的准确与精度，进行局部的网格细化。设定合理的边界条件，对实际状态分析后施加有效均布载荷F ;选择结构静态线性求解器进行求解，抓住主要因素快速找到问题所在。在实际情况下造成断裂有多种因素，若用非线性求解器则会造成计算的复杂性，难以快速找到解决方案。如图5所示为网格划分结果及设定施加载荷位置示意;图6为应力集中的分析结果。由分析结果可知，柱状结构中1区位置处存在应力集中，需要针对受力的状况进行结构上的加强，同时确保柱状结构周边其他零件的运动不受影响。