通常情況下，設計師在設計產品結構時需要考慮局部應力集中的問題，為了避免應力集中，結構需要做圓角過渡。那麼倒圓角的大小多少是合適的，需要設計師進行驗證。接下來我們就利用SOLIDWORKS Simulation工具來進行階梯軸軸肩處過度圓角的優化設計。

項目描述：結構3D模型如圖一所示。為了簡化計算，模型為結構的1/4部分。針對圖中標記部分做圓角優化設計。為了能夠完整說明Simulation的功能，我們將采用無圓角和有圓角兩種情況下進行模擬。

圖一

情形一：無圓角模擬分析，設置整體網格大小為5mm，網格劃分結果如圖二所示：

圖二

邊界條件及仿真結果如圖三所示：

圖三

圖中紅色標記的位置應力較大，由於該處為直角過度，在仿真過程中該點的結果是不收斂的，我們可以利用Simulation 2017的新功能應力熱點診斷工具來檢測結構中哪些區域的應力結果是不真實的。

在結果選項中右擊鼠標，選擇應力熱點診斷，設定靈敏度因子，運行診斷，如圖四。

圖四

檢測結果如圖五所示，在軸肩處的應力結果是由於數值分析中應力奇異性造成的不准確結果。如果在該處不斷地細化網格，得到的應力結果會越來越大。在實際工程應用中由於過渡處不可能是完全的直角，所以不會出現類似的情況。利用應力熱點診斷工具可以非常有效、方便的判定結果的真實性。

圖五

情形二：圓角大小為2mm，劃分整體網格大小為5mm，仿真計算結果如圖六所示：

圖六

利用應力熱點診斷工具結果顯示無應力熱點，可以判定仿真結果是有效的。圓角處最大應力為721MPa。但是由於圓角處網格太大，該處的應力計算結果和真實的結果誤差較大，我們需要細化圓角處的網格以計算出該處真實的應力。

情形三：圓角網格大小為2mm，劃分整體網格大小為5mm，仿真計算結果如圖七所示：

圖七

隨著圓角處網格的細化，最大應力增加到828MPa，增加了約15%。繼續細化圓角網格為1mm，仿真計算結果如圖八所示：

圖八

結果顯示最大應力為917MPa，增加了約11%。再次細化圓角網格為0.5mm，仿真計算結果如圖九所示：

圖九

最大應力為908MPa，應力變化約為1%。再次細化圓角網格為0.2mm，仿真計算結果如圖十所示：

圖十

兩次結果基本一致，判定仿真已經收斂。由於圓角處應力約為904MPa，遠遠高於材料的屈服強度。我們需要對結構進行優化設計。利用Simulation優化設計功能可以快速自動的計算優化結果。新建設計算例，設定優化條件如圖十一所示：

變量設置為圓角尺寸，變化範圍為2mm~10mm，步長為1mm。約束條件設置為結構最大應力不允許超過600MPa，優化目標設置為結構質量最小。

圖十一

設置完成後點擊運行，軟件會自動計算不同情形下的仿真結果，並給出符合目標的最佳結果，如圖十二所示：

圖十二

計算結果顯示當軸肩處圓角為7mm時，結構符合預期設計目標。

總結：

Ø  可以利用Simulation 2017新功能——應力熱點診斷判斷結構應力的有效性；

Ø  隨著網格的不斷細化，圓角處的應力從715MPa增加到904MPa並趨於收斂，在進行仿真分析時需要對應力集中的區域細化網格已達到收斂的結果；

Ø  使用Simulation優化工具可以自動優化結構，節約時間。

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