基于SolidWorks Simulation的节能洗车装置结构应力仿真分析研究

魏加兴，农田友，陆尚平

（1.桂林电子科技大学，广西 桂林541004；2.广西水利电力职业技术学院，广西 南宁530023）

基于SolidWorks Simulation的节能洗车装置结构应力仿真分析研究

魏加兴1，农田友2，陆尚平2

（1.桂林电子科技大学，广西 桂林541004；2.广西水利电力职业技术学院，广西 南宁530023）

SolidWorks Simulation是与SolidWorks软件完全集成的设计分析系统。利用SolidWorks软件进行节能洗车装置三维方案设计，通过SolidWorks Simulation对三维方案结构进行应力仿真分析研究，并对方案的材料、质量、结构等方面进行优化与改进。对反复的现场实际测试改进产品的开发过程，使用SolidWorks Simulation，在计算机上对模拟模型进行仿真测试，在很大程度上节约了产品开发的成本，同时缩短了产品设计开发的周期。

SolidWorks Simulation；节能洗车装置；应力仿真分析

0 引言

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，因其的技术创新性，能较好地符合目前CAD技术的发展潮流和趋势。Solid－Works软件功能强，组件繁多，并且能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。同时SolidWorks操作简单方便、易学易用。SolidWorks Simulation是与SolidWorks软件完全集成的设计分析系统。其提供了通过单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。通过SolidWorks Simulation在计算机上仿真分析可取代昂贵并费时的实地测试，可降低项目成本及上市时间。

前期结合相关理论分析和验证，利用SolidWorks软件对节能洗车装置进行了三维模型建立。得到如下三维实体模型示意图，如图1所示。并利用Solid－Works Simulation对装置相关零部件进行应力仿真，以辅助对节能洗车装置的结构改进优化。

图1 节能洗车装置方案示意图

1 基于SolidWorks Simulation的节能洗车装置结构应力仿真分析研究过程

由图1节能洗车装置结构示意图可以看出，在整个装置结构中，底板承载着几乎整个装置其他零部件的载荷，仍无法准确地通过经验去选择底板的材料和厚度，在结构设计方面，是否需要在地板底部设计加强筋，可以通过SolidWorks Simulation对底板进行应力载荷分析，然后利用分析结果作为依据指导解决相关的问题。

首先在设计中选用厚度为5 mm的3003型号铝合金板，应力分析过程如下。

单击SolidWorks菜单栏工具选项，加载Solid－Works Simulation分析向导，如图2所示。

图2 加载SolidWorks Simulation分析向导

根据软件界面的提示与仿真需求，选择相应的选项以及输入相关的参数。在加载力与压力界面，根据软件自带的质量特性计算可以得到安装在底板上的零部件总质量m=9 kg，即底板承受到的载荷F=mg，约90 N的压力，软件测量工具可得底板表面积S=0.2 m2，则底板表面压强P=F/s，约为18 N/m2.按照软件提示操作得到运行仿真计算得到如下结果。应力分布仿真图如图3所示。

图3 底板应力分析图

底板变形位移仿真图如图4所示。

图4 底板应力变形分析图

通过应力仿真分析图结果得，底板受到最大应力载荷σmax在四个支撑轮位置，数值为138.7 MPa.对照机械设计手册，底板承受应力强度小于许用应力强度，即σmax<[σ].因此在底板的厚度设计上可以适当选用更薄的厚度，既节约了成本也降低了装置的质量。

根据变形位移分析图的结果显示底板中部变形位移最明显，最大位移值为D，D=2.7 mm.因此可以根据实际情况在设计底板时，在底板底部设计相应的加强筋以增强底板的结构强度。

在节能洗车装置中，自制件支架零件同样承受了明显的载荷，同样需要通过SolidWorks Simulation仿真来指导和验算设计。

对于洗车装置支架分析结果如图5和图6所示。

图5 支架应力分析图

支架的分析结果显示，支架颈部的倒角过小，颈部应力集中明显，易使受承载面弯曲变形甚至断裂。因此在设计中应对其进行改进，通过增大支架颈部圆角等优化改进措施来对支撑架进行再设计。其改进优化结果分析如图6所示。从图6中明显看出支架各部分受力均匀分布，没有明显的应力集中等不良缺陷。同时支架的整体结构稳定性明显提高。

图6 支架改进分析图

2 总结

通过以上分析，SolidWorks Simulation可以更方便快捷地在方案设计过程中提供优化改进的理论数据依据。

（1）通过应力仿真分析得到的相关数据，能指导对装置材料型号的正确选用。

（2）通过应力仿真分析，能很好地控制了材料厚度的使用，通过优化设计，使装置既能达到相关的力学要求，同时最大限度地减小产品的总质量，达到节约成本的目的。

（3）通过应力仿真分析，可以直观地发现产品结构相关力学的设计缺陷，从而对方案进一步优化改进。

综上所述可以看出SolidWorks Simulation为SolidWorks用户提供了一个比较容易使用的应力分析工具。可以通过在计算机设计的方案来取代高花费和长周期的实地测试，可在产品设计制造过程中较好地节约成本并缩短了产品设计制造的周期。

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Simulation and Analysis of Structural Stress of Energy Saving Car Washing Device Based on SolidWorks Simulation

WEI Jia-xing1，NONG Tian-you2，LU Shang-ping2
（1.Guilin University Of Electronic Technology，Guilin Guangxi 541004，China；2.Guangxi College Of Water Resources And Electric Power，Nanning Guangxi 530023，China）

SolidWorks Simulation is a design analysis system SolidWorks is fully integrated with that software.The design scheme of 3D energy-saving washing device by using the SolidWorks software，the three-dimensional structure of the SolidWorks program Simulation and stress analysis，material，quality of plan，optimize and improve the structure etc..Compared to the actual test site repeatedly to improve the product development process，using the SolidWorks Simulation testing of the simulation model on computer，greatly saves the cost of product development，and shorten the cycle of product design and development.

SolidWorks Simulation；energy saving car washing device；stress simulation analysis

U472

A

1672-545X（2017）10-0033-02

2017-07-29

魏加兴（1975-）,男，山东临沂人，副教授，工学硕士，从事产品设计、CAD/CAM等教学研究；农田友（1984-），男，壮族，广西田东人，讲师，工学学士，从事机械工程方向教学及实践；陆尚平（1981-），男，壮族，广西来宾人，副教授，工学博士，主要从事机电一体化技术教学与研究。