多功能折叠餐桌的设计与实现

2014届机械设计制造及其自动化专业毕业论文（设计）

利用“测量”命令可以创建一个图形，对于一组运动分析结果显示多条测量曲线，或者也可以观察某一测量如何随不同的运行结果而改变，如图4-14所示为支撑板的位置实践曲线。其测量有助于理解和分析运行机构装置产生的结果，并可提供改进机构设计的信息。

图4-14 支撑板的位置时间曲线

4.5 小结

通过运动仿真场景的建立，连杆及运动副的定义，运动参数的设置，解算能够得到运动机构的运动仿真。输出的动画中可以很清晰地观察到折叠餐桌的运动情况，可以观察到折叠餐桌的运动轨迹是都是旋转运动，只有抽屉的运动轨迹是一条直线，这在实际的应用中能够满足使用要求。利用干涉全局无碰撞检测，可以对设计进行模拟的分析，检查设计的合理性，通过测量模块，可以绘制出各机构运动的位置时间曲线，有助于分析各构件的运动情况。通过对折叠餐桌整体结构的优化，改进了不足之处，使其更符合实际应用的要求。

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5 ABAQUS有限元分析

5.1 有限元法的基本原理及折叠餐桌的受力分析 5.1.1 有限元法的简介

有限元（FEM）是通过计算机对数值进行计算分析的方法。其思路是：“化整为零，积零为整”。将连续的系统用有限个单元体的集合来替代，然后对各个单元体求出一个近似解，将各个单元按特定的标准方法组合起来，最终形成原连续系统的数值近似系统，即得到相应的数值模型。

静力分析是有限元分析中一种常用的分析方法，主要应用场合是在求解结构在与时间无关的静力载荷作用下的输出响应，求出所需的节点位移、节点力、约束反力等。 5.1.2 ABAQUS有限元分析过程

有限元分析过程分为建模、计算、后处理三个阶段：

（1）建模阶段：该阶段是根据结构实际情况建立相应的有限元模型，为之后的有限元数值的分析计算提供数据。建模的重要任务就是划分网格。

（2）计算阶段：计算阶段是完成有限元的相关数值计算，运算量比较大，这部分工作通常由计算机上自动完数值计算。

（3）后处理阶段：该阶段是对以上步骤计算的结果进行相应的处理，对结构性能的好坏以及设计的合理性进行评估，对不足之处进行改进或优化。

有限元分析的各个功能模块的功能如下： （1）部件(Part)

启动Abaqus软件后就会进入Part的建模功能模块，在ABAQUS/CAE可以直接构建机械模型，或者从其它三维软件中建模完成以后，将部件导入该软件中。

（2）特性（Property）

在特性功能模块中可以进行材料和截面特性的设置以及弹簧、阻尼器和实体表面壳的定义等。 （3）装配件（Assembly）

对于两个或多个零部件构成的物体，需要将其在同一个坐标系统中进行装配，装配成同一个整体，从而生成一个装配件，一个模型只能有一个装配件，但一个装配件课余i包含多个零部件。

（4）分析步（Step）

分析步模块主要用于分析步和定义输出的定义，还可以进行求解控制和自适应网格划分的设置。 （5）相互作用（Interaction）

该模块用于定义各个装配件之间的相互作用、约束或者连接，在该功能模块中创建完各装配件及部件的定位。

（6）载荷（Load）

该模块主要是用于定义模型部件或装配件的载荷、边界条件、预定义场及其载荷情况。

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（7）网格（Mesh）

网格模块是对建模完成后的几何模型进行网格划分，网格划分的好坏对其分析精度的影响是非常大的，因此网格划分十分关键。

（8）作业（Job）

作业模块是用于分析作业和网格自适应过程的创建和管理。 （9）可视化（Visualization）

可视化模块用于分析作业完成的结果进行后处理，它可以显示计算分析结果，可以显示各个变量的分布云图、动画等。

（10）绘图（Sketch）

绘图是通过使用几何建模软件所自带的工具，绘出点、线、面，作为构成部件的要素，并对它进行拉伸、旋转、扫略出三维实体部件，是建模的基础工具。

建立模型是有限元分析的关键，其为后期的分析计算提供原始数据，这些将直接决定分析结果的精度，建立合理的模型，不但能保证计算精度，又能大大节省计算机的计算储存容量，提高计算速度。因此，对于复杂的结构形状，我们必须花较多的时间来建模，有利于建模后缩短分析周期。 5.2 有限元建模

启动Abaqus软件，等待进入Abaqus的主界面，在开始任务窗口选择“采用Standard/Explicit模型”。建模可以分为两种类型，一种是直接在Abaqus软件上直接新建该模型，另外一种是从其他三维软件中先建模完毕，然后保存为Abaqus可以识别打开的通用格式，然后导入到Abaqus软件中，完成模型建模。

若是从其它三维软件建模好之后，转换成.igs的通用格式，然后点击菜单栏的文件（F），选择导入（I）、部件（P），选择zhichengban.igs文件的所在位置，在文件过滤（I）选择IGES，选择zuofanban.igs文件，单击确定按钮，此时会弹出从IGES文件创建部件对话框，单击确定，如图5-1所示。

有时在导入模型时会遇到警告提示，为了有限元分析的顺利进行，可以对零件的模型进行适当地简化，如适当地删去细长条面、狭小的缝隙、倒圆角等。系统会根据你所导入的模型的数据，其单元大小可以让系统自行调整到合适大小，如图5-2所示。

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黄茂生：多功能折叠餐桌的设计与实现

5-1 从IGES文件创建部件 图5-2 系统生成左翻板的理想模型

设置各项异性线弹性材料——木材的材料属性。

通过查阅《弹性与塑形理论基础》可知，格林线性弹性材料最多有21个独立常数。对于木材材料具有三个相互正交的弹性对称面，为正交各项各向异性材料，由于材料的弹性常数在对称面两侧相同，在坐标变换后其对应的应力分量以及应变分量反号，而其他分量保持不变，因此，要保持弹性系数矩阵不便，不变应力分量中反号应变分量前的系数都必须为0，即减少掉的12个独立常数都为0[14]。这9个独立弹性常数与拉压弹性模量、剪切弹性模量和泊松比的关系如下[15]：

D1111?E1(1??23?32)?

（5-1） （5-2） （5-3）

（5-4） （5-5） （5-6） （5-7） （5-8） （5-9）

D2222?E2(1??13?31)? D3333?E3(1??12?21)?

D1122?E1(?21??31?23)??E2(?12??32?13)?D1133?E1(?31??21?32)??E3(?13??12?23)?D2233?E2(?32??12?31)??E3(?23??21?13)?D1212?G12

D1313?G32

D2323?G23

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