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提環(huán)是水龍頭中最重要的承重零件，提環(huán)上部?jī)?nèi)側(cè)面與大鉤鉤口接觸，接觸表面半徑符合API規(guī)范，下部耳環(huán)通過柱銷與水龍頭殼體相連，因而其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與力學(xué)性能對(duì)水龍頭的安全性非常重要。采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)、性能檢驗(yàn)不僅周期長(zhǎng)、成本高，而且也會(huì)造成設(shè)計(jì)與計(jì)算有較大誤差。采用CAD軟件完成提環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)所設(shè)計(jì)的提環(huán)進(jìn)行實(shí)體仿真裝配，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉檢查，再利用ANSYS對(duì)提環(huán)進(jìn)行有限元分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，最終完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，將會(huì)進(jìn)一步節(jié)省生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，大大降低強(qiáng)度校核的偏差。
為此，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些學(xué)者對(duì)提環(huán)進(jìn)行了有益的仿真研究。對(duì)提環(huán)的微裂紋與應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行了分析計(jì)算，劉楊松對(duì)水龍頭等效當(dāng)量動(dòng)載荷及主軸承壽命的計(jì)算公式進(jìn)行了探討，但是對(duì)水龍頭提環(huán)的整體應(yīng)力和不同部位的形變量仍然沒有進(jìn)行詳細(xì)的研究。本研究利用三維建模功能很強(qiáng)的Pro/E軟件來建立提環(huán)的三維實(shí)體模型，然后將模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行有限元分析，對(duì)提環(huán)的整體應(yīng)力和不同部位的形變量進(jìn)行了有效的設(shè)計(jì)與仿真研究，其結(jié)果得到了工程實(shí)際驗(yàn)證。
建模過程中應(yīng)注意參數(shù)單位的設(shè)置，因?yàn)锳NSYS中沒有單位制，在ANSYS中輸入基本單位(如長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間)時(shí)，要求單位必須一致。但有時(shí)也需要直接輸入一些導(dǎo)出量(如力、壓力等)，這時(shí)就要確保這些導(dǎo)出量與基本物理量屬于同一個(gè)單位制，否則需要量綱換算。所以在Pro/E中建立每一種零部件的單位都應(yīng)設(shè)定為國(guó)際單位制“MKS”(Meter Kilogram Second)，同樣在創(chuàng)建裝配圖時(shí)也要注意這個(gè)問題。
提環(huán)實(shí)體的建模有2個(gè)過程：
a) 利用具有強(qiáng)大CAD功能的Pro/E軟件對(duì)提環(huán)進(jìn)行實(shí)體創(chuàng)建。
b) 利用IGES格式將Pro/E創(chuàng)建的實(shí)體導(dǎo)入到ANSYS中。
通過ANSYS與Pro/E軟件的無縫接口，將提環(huán)模型導(dǎo)入ANSYS中，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程在不脫離Pro/E和ANSYS這2個(gè)軟件的情況下進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了二者之間的無縫連接，真正做到了CAD、CAE的一體化，結(jié)果如圖。
網(wǎng)格劃分是建模中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，網(wǎng)格劃分的好壞將直接影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算進(jìn)度，甚至?xí)驗(yàn)榫W(wǎng)格劃分不合理而導(dǎo)致計(jì)算不收斂。根據(jù)該提環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇單元類型為實(shí)體單元格，網(wǎng)格劃分尺寸應(yīng)不大于提環(huán)的最小壁厚值。最后采用自由網(wǎng)格劃分的方法進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。
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