源自：技術鄰
作者：hanswang
摘要：通常情況下，設計師在設計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時需要考慮局部應力集中的問題惰爬，為了避免應力集中膛薛，結(jié)構(gòu)需要做圓角過渡。那么倒圓角的大小多少是合適的补鼻，需要設計師進行驗證哄啄。接下來我們就利用SOLIDWORKS Simulation工具來進行階梯軸軸肩處過度圓角的優(yōu)化設計。
項目描述：結(jié)構(gòu)3D模型如圖一所示风范。為了簡化計算咨跌，模型為結(jié)構(gòu)的1/4部分。針對圖中標記部分做圓角優(yōu)化設計硼婿。為了能夠完整說明Simulation的功能锌半，我們將采用無圓角和有圓角兩種情況下進行模擬寇漫。
圖一
情形一：無圓角模擬分析殉摔，設置整體網(wǎng)格大小為5mm，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖二所示：
圖二
邊界條件及仿真結(jié)果如圖三所示：
圖三
圖中紅色標記的位置應力較大逸月，由于該處為直角過度遍膜，在仿真過程中該點的結(jié)果是不收斂的，我們可以利用Simulation 2017的新功能應力熱點診斷工具來檢測結(jié)構(gòu)中哪些區(qū)域的應力結(jié)果是不真實的瓢颅。
在結(jié)果選項中右擊鼠標，選擇應力熱點診斷挽懦，設定靈敏度因子翰意，運行診斷冀偶，如圖四。
圖四
檢測結(jié)果如圖五所示蔫磨，在軸肩處的應力結(jié)果是由于數(shù)值分析中應力奇異性造成的不準確結(jié)果淘讥。如果在該處不斷地細化網(wǎng)格，得到的應力結(jié)果會越來越大蒲列。在實際工程應用中由于過渡處不可能是完全的直角窒朋，所以不會出現(xiàn)類似的情況。利用應力熱點診斷工具可以非常有效蝗岖、方便的判定結(jié)果的真實性侥猩。
圖五
情形二：圓角大小為2mm，劃分整體網(wǎng)格大小為5mm抵赢，仿真計算結(jié)果如圖六所示：
圖六
利用應力熱點診斷工具結(jié)果顯示無應力熱點欺劳，可以判定仿真結(jié)果是有效的。圓角處最大應力為721MPa铅鲤。但是由于圓角處網(wǎng)格太大划提，該處的應力計算結(jié)果和真實的結(jié)果誤差較大，我們需要細化圓角處的網(wǎng)格以計算出該處真實的應力邢享。
情形三：圓角網(wǎng)格大小為2mm鹏往，劃分整體網(wǎng)格大小為5mm，仿真計算結(jié)果如圖七所示：
圖七
隨著圓角處網(wǎng)格的細化骇塘，最大應力增加到828MPa伊履，增加了約15%韩容。繼續(xù)細化圓角網(wǎng)格為1mm，仿真計算結(jié)果如圖八所示：
圖八
結(jié)果顯示最大應力為917MPa唐瀑，增加了約11%群凶。再次細化圓角網(wǎng)格為0.5mm，仿真計算結(jié)果如圖九所示：
圖九
最大應力為908MPa介褥，應力變化約為1%座掘。再次細化圓角網(wǎng)格為0.2mm，仿真計算結(jié)果如圖十所示：
圖十
兩次結(jié)果基本一致柔滔，判定仿真已經(jīng)收斂溢陪。由于圓角處應力約為904MPa，遠遠高于材料的屈服強度睛廊。我們需要對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計形真。利用Simulation優(yōu)化設計功能可以快速自動的計算優(yōu)化結(jié)果。新建設計算例超全，設定優(yōu)化條件如圖十一所示：
變量設置為圓角尺寸咆霜，變化范圍為2mm~10mm，步長為1mm嘶朱。約束條件設置為結(jié)構(gòu)最大應力不允許超過600MPa蛾坯，優(yōu)化目標設置為結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小。
圖十一
設置完成后點擊運行疏遏，軟件會自動計算不同情形下的仿真結(jié)果脉课，并給出符合目標的最佳結(jié)果，如圖十二所示：
圖十二
計算結(jié)果顯示當軸肩處圓角為7mm時财异，結(jié)構(gòu)符合預期設計目標。
總結(jié)：
?可以利用Simulation 2017新功能——應力熱點診斷判斷結(jié)構(gòu)應力的有效性戳寸；
?隨著網(wǎng)格的不斷細化，圓角處的應力從715MPa增加到904MPa并趨于收斂袖瞻，在進行仿真分析時需要對應力集中的區(qū)域細化網(wǎng)格已達到收斂的結(jié)果拆吆；
?使用Simulation優(yōu)化工具可以自動優(yōu)化結(jié)構(gòu)，節(jié)約時間锈拨。
