副標題#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)計為5.425m ，為保證加工中心的加工精度，對橫梁的靜強度和剛度提出了很高的要求。在工程設(shè)計中，對構(gòu)件的強度與剛度計算是一件非常繁瑣的工作，而且在計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)性強和建模復雜繁瑣的特點，所以即使是使用目前最先進的有限元分析程序進行大型復雜結(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。它為機械設(shè)計工程師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 型棋梁進行了有限元分析、比較，從而獲得了能夠滿足設(shè)計要求的、結(jié)構(gòu)比較合理的橫梁構(gòu)件。
  
   1 COSMOS 軟件的特點
  
   COSMOS/Works 為機械設(shè)計工程師在SolidWorks的環(huán)境下，提供比較完整的分析手段。憑借先進的快速有限元技術(shù)( FFE) ，工程師能非常迅速地實現(xiàn)對大規(guī)模的復雜設(shè)計的分析和驗證，并且獲得修正和優(yōu)化設(shè)計所需的必要信息。分析的模型和結(jié)果與SolidWorks共享一個數(shù)據(jù)庫，計算結(jié)果也可以直觀地顯示在SolidWorks 精確的設(shè)計模型上。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 的下拉菜單實現(xiàn)，也可以直接在分析管理器中進行。
  
   COSMOS/Works 能在劃分復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，中間有連接的加強筋。其中在橫梁的下方，兩側(cè)板之間還應當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，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。再橫梁上表面兩導軌處施加合計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、分析計算。按默認的設(shè)置進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格類型為實體網(wǎng)格，要素大小為74.788mm. 網(wǎng)格品質(zhì)為高。獲得15454 個節(jié)點和9021 個有限元單元，棋梁總質(zhì)量為: 2735.29 悔。運行分析計算，設(shè)定應力、應變、位移三項輸出，圖3 、圖4 、圖5 分別為對應的應力、應變和Y 向位移分析結(jié)果圖例。

   (5) 分析從圖解中可以看出，橫梁應力、應變的最大初均出現(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筋還發(fā)現(xiàn)，橫梁中間的加強筋幾乎不承受應力。