1、分析目的

      便攜小型發電組被廣泛用于礦山、工廠、醫院等部門的備用電源，一般以柴油機或汽油機為原動力帶動發電機進行發電，所以發動機工作的可靠性對發電機組十分關鍵，特別發動機缸頭的設計，因為其受力工況較復雜，所以設計時必須對其進行可靠性校核。本案例基于SimSolid軟件對某6kW發電機組的發動機缸頭在不考慮其溫度場的情況下進行結構分析，初步校核其靜強度。

2、建模說明

2.1 零部件與材料

       雖然只分析缸頭的強度，但為了考慮螺栓預緊力的影響，模型中除了使用了缸頭外，還包括四個安裝螺栓、缸墊和缸體，另外還有氣門導管和氣門座圈，3D數模如圖1所示。

                                                                      圖1 三維模型

      各個零件使用的材料不一樣，各種材料的屬性如表1所示。SimSolid中預定義了多種鋼材、合金、塑料等材料，還可以手動添加新材料，且可以對新材料進行自由分組，如圖2所示。

                                                     表1 各零件使用的材料

                                                                      圖2 添加新材料

2.2 接觸的定義

       SimSolid會在導入3D數模時提示用戶是否自動創建相應的接觸，用戶可依據數模調整間隙量和穿透量，然后軟件會自動創建相應的接觸。創建后可檢查每個接觸是否正確定義，有誤時可對其進行修改。

                                                                             圖3 創建接觸

2.3 載荷與約束的定義

       對于缸頭，其載荷主要包括螺栓預緊力、缸內燃氣壓力以及缸內高溫燃氣引起的熱應力，發動機工作時這些載荷是同時作用的，但由于SimSolid暫不能對壁面設置具有空間分布的換熱邊界（此功能希望今后能被SimSolid考慮），所以分析只考慮了預緊力和燃氣壓力。預緊力大小為48N.m，燃氣壓力為4.1MPa，分別如圖4所示。

                                                                            圖4 定義載荷與約束

3、計算結果分析

       SimSolid軟件因為無需劃分有限元網格，所以比傳統CAE軟件的求解速度快很多，且使用普通電腦即可計算，本模型提交計算后幾分鐘之內即求解完成。分析完成后查看缸頭的應力分布和變形分別如圖5和圖6所示，可以看出最大應力出現在紅圈位置，最大應力值為184MPa，小于材料的屈服極限，故結構強度滿足要求。但如果考慮熱應力的影響，可能會存在一定的失效風險，需要進一步分析。

                                                                        圖5 缸頭的應力云圖

                                                                                圖6 缸頭的變形

4、總結

（1）、SimSolid軟件是一款比較有開創性的結構分析軟件，相對于ABAQUS等分析軟件，其最大優勢即在于無需劃分網格，從而大大減少了建模時間，使得未曾深入學習有限元分析理論的設計工程師也能快速掌握使用。在本例的整個建模中，添加材料、定義載荷等操作都十分方便，特別是接觸的自動創建令人十分驚喜。

（2）、由于該軟件剛面世不久，其功能還有待進一步增強，比如表面的選擇上可增加更多選擇方式、增加壁面的映射功能、增加鑄造殘余應力的載荷等等。但相信在Altair公司的帶領下，SimSolid的功能將會越來越完善，也會有越來越多的工程師選擇使用。