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隨著三維軟件設(shè)計與分析能力的不斷增加，實體建模進(jìn)行有限元分析在機(jī)械設(shè)計中所起的作用也越來越重要，通過利用三維軟件建模分析，可以對零件的強(qiáng)度、剛度等性能指標(biāo)進(jìn)行模擬分析，并指導(dǎo)設(shè)計人員對零件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到以最小的成本，滿足產(chǎn)品的設(shè)計需求。SOILDWORKS軟件易學(xué)、操作簡單已得到社會各界的認(rèn)可，同時其有限元分析模塊COSMOSWORKS也越來越受到機(jī)械設(shè)計人員的認(rèn)同。
測井儀器通常工作在高溫、高壓的惡劣環(huán)境中。極板作為微電阻率掃描成像測井儀器的一部分，內(nèi)部裝有電路板及電鈕扣，它們都不能承受較高的工作壓力(140 MPa)，因此需對極板進(jìn)行耐壓設(shè)計。由于井口尺寸比較有限，對儀器外徑要求盡量小，這樣設(shè)計的極板厚度就要求盡量小。因此，極板要有足夠的強(qiáng)度和剛度，才能保證不被損壞或產(chǎn)生較大的變形。
極板的設(shè)計要求如下：極板底部厚度不超過3mm，極板的各個面的每個點在承受140 MPa的均布載荷的情況不被破壞，并且變形量不能超過0.03 mm，極板的外表面要求光滑、平整。
考慮到設(shè)計強(qiáng)度要求和加工性能，我們設(shè)計極板材料一般選用比重較輕而強(qiáng)度較高的鈦合金材料(TC11)。其密度小，相對水的比重為4.6左右，材料屈服強(qiáng)度1000 MPa以上。因為SOLIDWORKS在建立復(fù)雜3D模型方面功能很強(qiáng)，所以首先在SOLIDWORKS中建立極板的3D模型，然后在COSMOSWORKS中進(jìn)行有限元分析計算。極板是由幾個零件裝配在一起的，經(jīng)分析，我們發(fā)現(xiàn)極板最溥弱點在極板底蓋。因此，我們進(jìn)行力的等效性處理，分析計算最薄厚度為2.6 mm極板底蓋的強(qiáng)度。
通過在SOLIDWORKS軟件中對前后3個模型的分析計算，沒有加強(qiáng)筋的極板底蓋最大應(yīng)力1135 MPa，超出了材料的屈服強(qiáng)度，有加強(qiáng)筋的極板底蓋最大應(yīng)力為1025 MPa，其最大應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度，滿足設(shè)計要求。而殼體的變形量從0.033 mm減少到0.029 mm，與此同時，應(yīng)力也降到屈服應(yīng)力以下。通過增加有加強(qiáng)筋的極板厚度，我們發(fā)現(xiàn)極板應(yīng)力和位移量進(jìn)一步減小，最大應(yīng)力值為881 MPa，安全系數(shù)更大。從而為我們的設(shè)計提供非常有用的理論參考。由此可見，有限元分析在機(jī)械設(shè)計中改進(jìn)設(shè)計方案、優(yōu)化設(shè)計、量化設(shè)計、減少成本方面具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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