SolidWorks 2008年度征文：SolidWorks/CosmosWorks对称约束在有限元分析中的应用实例

    现在国内使用的大容积无缝气瓶基本为国外产品垄断。储气钢瓶是压力容器类产品，在强度、刚度和可靠性方面具有很高的要求。长期以来，钢制气瓶的设计依据是以屈服强度和常规五大指标为基础，给设计生产带来一定的不确定性，借助有限元分析方法对钢制气瓶进行应力和变形（位移）分析，直观反应气瓶工作状况，为气瓶制造和编制钢制气瓶技术规范和标准提供可靠的参考依据。气瓶的设计和制造有专门的规程,但是有限元分析能使气瓶设计达到相当精确的程度,减少设计的盲目性,使气瓶设计和优化达到最佳程度。
   
    随着计算机辅助设计技术的飞速发展与功能的不断完善，为工程技术人员提供的高效方法和手段越来越丰富。尤其是三维CAD/CAM软件的广泛应用与普及，使得现代机械产品设计逐步进入三维设计时代。三维设计具有形象、直观、精确、快速的特点，在产品开发、结构分析、产品性能的评估、确定和优化物理样机参数过程中起到决定性作用，为新产品研发一次成功，提供了强有力的技术支持。
   
    SolidWorks/CosmosWorks是基于Windows环境的软件。为广大工程技术人员提供的用户界面更友好，运行环境更大众化，各种专业功能更加齐全 。在单一的Windows界面上无缝集成实体造型、有限元分析和优化设计、装配、三维机构运动仿真、运动干涉检查、工艺规程生成、数控加工、三维实体图转化二维工程图、产品数据共享与集成功能等。
   
    下面以某型号的超大钢制气瓶为例，介绍应用SolidWorks/CosmosWorks软件进行超大钢制气瓶在三维实体造型、有限元分析对钢制气瓶进行应力和变形（位移）分析的过程和方法。
   
    1 有限元模型的建立
   
    1.1超大钢制气瓶参数
   
    设计压力  60Mpa；
    工作压力  55MPa；
    气瓶外径  650㎜；
    气瓶壁厚  35㎜；
    气瓶长度  12000㎜；
    气瓶材料参数如下：
    抗拉强度бb  1080MPa；
    屈服强度бs  835MPa；
    弹性模量E 207GPa；
    泊松比ε   0.3；
   
    1.2模型构建
   
    1.2.1创建一个静态研究
   
    利用SolidWorks建立一个实体单元。打开工具栏上的"CosmosWorks"插件，单击CosmosWorks主工具栏上的"研究"，在"研究"属性管理器的 "名称"为"研究-1"、"网格类型"下拉表格中选择"实体网格"、在"类型选项"下单击"静态按钮"，按即 "确定"，生成具有实体网格的静态研究如图1。
   

图1 

    图2

    
    在CosmosWorks管理树中，右击"研究-1"的"实体"文件夹图标，可在弹出的菜单中选择"应用材料到所有"命令，出现材料对话框。在"选择材料来源"选项组下，单击"自定义"，可逐项填写对话框中的参数。若单击"自库文件"单选按钮，从CosmosWorks材料库中为零件指派所需材料，在"材料属性"选项组中选择单位为国际单位制（SI）。如图2。

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