副標(biāo)題#e#   龍門式石材加工中心所使用的橫梁是其主要功能部件之一。其橫梁的長度設(shè)計(jì)為5.425m ，為保證加工中心的加工精度，對橫梁的靜強(qiáng)度和剛度提出了很高的要求。在工程設(shè)計(jì)中，對構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度計(jì)算是一件非常繁瑣的工作，而且在計(jì)算過程中很容易出現(xiàn)錯誤。雖然最著名的ANSYS 、NASTRAN 等軟件在功能和求解問題的規(guī)模上都有了較大的提高。然而，由于有限元分析本身具有專業(yè)性強(qiáng)和建模復(fù)雜繁瑣的特點(diǎn)，所以即使是使用目前最先進(jìn)的有限元分析程序進(jìn)行大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限元分析，仍需要投入大量的人力和物力。COSMOS/Works 是與SolidWorks 無縫集成的快速有限元分析軟件。它為機(jī)械設(shè)計(jì)工程師SolidWorks 的環(huán)境下，提供比較完整的分析手段。筆者使用了在SolidWorks 中建模，再調(diào)用COSMOS/Works有限元分析模塊對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)橫梁和T 型棋梁進(jìn)行了有限元分析、比較，從而獲得了能夠滿足設(shè)計(jì)要求的、結(jié)構(gòu)比較合理的橫梁構(gòu)件。
  
   1 COSMOS 軟件的特點(diǎn)
  
   COSMOS/Works 為機(jī)械設(shè)計(jì)工程師在SolidWorks的環(huán)境下，提供比較完整的分析手段。憑借先進(jìn)的快速有限元技術(shù)( FFE) ，工程師能非常迅速地實(shí)現(xiàn)對大規(guī)模的復(fù)雜設(shè)計(jì)的分析和驗(yàn)證，并且獲得修正和優(yōu)化設(shè)計(jì)所需的必要信息。分析的模型和結(jié)果與SolidWorks共享一個數(shù)據(jù)庫，計(jì)算結(jié)果也可以直觀地顯示在SolidWorks 精確的設(shè)計(jì)模型上。直觀地管理分析任務(wù)、載荷、邊界條件、有限元網(wǎng)格和計(jì)算結(jié)果等數(shù)據(jù)，直觀地列入圖形化的樹形分析管理器中。與SolidWorks 特征管理器相同，分析管理中的分析特征可以編輯，支持拖動放置的操作方式。分析的過程既可以用SolidWorks 的下拉菜單實(shí)現(xiàn)，也可以直接在分析管理器中進(jìn)行。
  
   COSMOS/Works 能在劃分復(fù)雜形狀零件的有限元阿格時無需刪除某些特征劃分的有限元網(wǎng)格是雙精度的問。FFE 技術(shù)幫助了有限單元的快速生成，使幾何模型可反復(fù)修改，修改后網(wǎng)格單元能很快重新生成。載荷和邊界條件能直接指定在SolidWorks 實(shí)體的幾何特征上，并且和幾何特征有相關(guān)性。載荷和邊界條件的指定能智能地識別常實(shí)體模型的幾何形狀和自動指定合適的約束條件，如分布壓力可指定在圓柱面和球面上。對荷和邊界條件，可進(jìn)行拖動放置操作。
  
   2 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模與分析
  
   傳統(tǒng)石材加工用橋式機(jī)床一般橫梁跨度都在3-5m 之間，其所使用的結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。橫梁由前后兩塊側(cè)板和上頂板及左右兩側(cè)的側(cè)板構(gòu)成，中間有連接的加強(qiáng)筋。其中在橫梁的下方，兩側(cè)板之間還應(yīng)當(dāng)留有安裝一根絲杠和一根轉(zhuǎn)動軸的位置。
  

   (1)按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在SolidWorks 建立橫梁模型，其外部尺寸為5450mm*470mm*400mm 。
   (2) 打開COSMOS/works 模塊，建立一個研究項(xiàng)目o 定義材料屬性，橫梁為鑄鋼件，選用鑄造碳鋼，其材料特性如表1 。

   (3) 添加載荷與約束。再橫梁上表面兩導(dǎo)軌處施加合計(jì)20000N 的壓力。在垂直面上施加9.8 的重力加速度。在兩側(cè)立板底端分別施加固定約束和不可移動約束。如圖2 所示。

   (4) 劃分網(wǎng)格、分析計(jì)算。按默認(rèn)的設(shè)置進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格類型為實(shí)體網(wǎng)格，要素大小為74.788mm. 網(wǎng)格品質(zhì)為高。獲得15454 個節(jié)點(diǎn)和9021 個有限元單元，棋梁總質(zhì)量為: 2735.29 悔。運(yùn)行分析計(jì)算，設(shè)定應(yīng)力、應(yīng)變、位移三項(xiàng)輸出，圖3 、圖4 、圖5 分別為對應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變和Y 向位移分析結(jié)果圖例。

   (5) 分析從圖解中可以看出，橫梁應(yīng)力、應(yīng)變的最大初均出現(xiàn)在橫梁兩側(cè)側(cè)板的中間部位，橫梁中心最大Y 向最大位移為0.25mm. 通過探測橫梁中間的加強(qiáng)筋還發(fā)現(xiàn)，橫梁中間的加強(qiáng)筋幾乎不承受應(yīng)力。