材料力學課本P-淡江大學機械與機電工程學系.DOC

PAGE PAGE 2 1 研究專題 應用CAE軟體於微飛行器塑膠 套件材力分析及機構分析的研究 班級:機電4B 學號:495370305 姓名:李相甫 指導教授: 楊龍杰 摘要 早期微飛行器支架及零件的發展一直都是以較簡單、傳統方法製作，而由於微機電系統的發展，微飛行器便利用微機電系統製作方式使尺寸更為精準、強度更佳之塑膠套件。如今科技發展快速，使得科技產品愈來愈先進，進而使其中的零件愈精密，加上3D CAD 軟體不斷的改進，以滿足電腦繪圖者的要求，透過操作介面的智慧化，進而達到精準、快速完成的模型。而本專題是選用SolidWorks來學習使用，並學習如何繪出零件和組合件並以CAE軟體分析零件所受的應力、應變及其安全係數，找出問題並用理論進行分析解決之。 首先，我們學習各種機械零件設計，並針對SolidWorks 2008軟體所附的光碟進行練習。將楊龍杰教授實驗室所開發拍翼式飛行器的零件用SolidWorks中的CosmosXpress模式進行分析，並先做各項的模擬以找出應力集中且變形量較大的部分加以改善，再用CAD改變材質及增加強度，並以CAE的模擬分析來達到基座的最佳化設計。 目 錄 目錄 3 第一章 研究方法 4 1-1 SolidWorks使用學習 4 1-2 CosmosXpress分析 4 1-3 記錄與結論 4 第二章 有限元素分析方法 5 2-1 有限元素法分析 5 2-2 FEA結果的解釋 10 2-3 Von Mises應力 10 2-4 主應力 12 第三章 執行過程 13 3-1 SolidWorks 3D繪圖軟體訓練 13 3-2 CosmosXpress分析基座受力的應力及位移分析 13 3-3 CosmosXpress分析兩機翼的相位差分析 13 第四章 基座工字梁分析 14 4-1 COSMOSXpress分析的運算過程 14 4-2分析結果 20 第五章 飛行器相位差分析 44 第六章 結論 49 參考文獻 51 PAGE 6 第一章 研究方法 1-1 SolidWorks使用學習 詳讀SolidWorks 2008原廠教育訓練手冊，並練習課本範例及習題，來學習SolidWorks基本零件、組合件與工程圖設計等技術 練習內容章節如下: Chp.1 概論 Chp.2 草圖繪製 Chp.3 基本零件模型 Chp.4 複製排列 Chp.5 旋轉特徵 Chp.8 薄殼與肋 Chp.9 掃出 Chp.13 由上而下模型組合法 1-2 CosmosXpress分析 利用SolidWorks內建之CosmosXpress分析的功能去學習分析零件的受力情形和位移以及相位差等物理量。 1-3 記錄與結論 將所學與練習分析做詳細記錄執行過程 第二章 有限元素法分析 2-1 有限元素法分析 FEA(Finite Element Analysis)稱為有限元素法分析，是一種以偏微分方程式求解專業問題的數學方法。 FEA不是唯一的數值分析工具，其他應用在工業上的數值方法還有：有限差分法(Finite Difference Method)、邊界元素法(Boundary Element Method)與有限體積法(Finite Volume Method)。 但由於它的多功能性和高數值效率，FEA在工程分析軟體市場上佔了主要的地位，同時其他的方法被歸類為適合的應用程式。使用FEA，我們可以分析任何外型，利用多種方式來理想化幾何與產生需要精度的結果。FEA是工程分析中一大強力工具，可以處理從非常簡單到非常複雜的問題。 任何分析的起始點就是幾何模型，對此模型指定材料性質，定義負載與拘束條件，接著，使用一種以數值近似的方法為基礎工具，我們離散這些要分析的模型，而此離散的過程，就是一般所稱的建立網格，將幾何切割成相當小與簡單形狀的實體，此小實體稱為有限元素法。元素稱為”有限”是為了強調他們事實上不是無限小的，而是相對於整個模型尺寸而言是相當的微小。 使用有限元素法時，FEA求解器針對包含組合件的整個模型中個別元素的簡單解，以數值近似求出所要求的解答。 從FEA軟體的觀點來看，每個FEA應用程式需要三個步驟： 前處理(Preprocessimg) 分析類性(靜態、熱傳、頻率等等)，材料性質，定義負載與拘束條件，並將模型切割成有件元素。 求解(Solution) 計算所需要的結果。 後處理(Postprocessing) 解析結果。 從FEA方法論的觀點來看，我們列出下面的FEA步驟： 建立數學模型。 由零件或組合件模型為主的幾何開始，此幾何必須可以被切割成正確且適當為小的有限元素。所謂的小，並不是參考元素的尺寸，而是網格中元素的數目，此必要條件有重要的含意，我們必須確保