每年，全球各地安裝的噴水滅火器系統超過 4000 萬套。滅火系統能夠保護生命財產安全，得益于其耐高溫、抗器械損傷的管道設計。管道設計普遍選用螺紋鋼管，然而后者精細的幾何結構給分析復雜管道設計帶來了不少難題。采用什么方法才能有效地將精密的結構設計和可靠的應力分析結合起來的呢？COMSOL? 軟件提供了這項專業功能。

螺紋結構的復雜性

假設你剛剛為上文提及的螺紋鋼管創建了管件 CAD 裝配。現在為了更好地了解管件在管道系統中的性能表現，你需要對裝配進行應力分析。利用 LiveLink? 接口產品，你可以將 COMSOL Multiphysics? 軟件集成到自己設計流程中，從而實現類似的分析。

螺紋管在噴水滅火器系統中很常見。圖片處于公有領域，通過 Wikimedia Commons 共享。

螺紋結構包含了大量的細節。這些 CAD 裝配極其復雜，迫使我們進行大量的預處理工作，而且其分析過程也會占用更多的計算資源。一種解決方案是假定螺紋為對稱圖形，然后從三維實體中截取二維截面以進行求解。

在 COMSOL? 軟件之前的版本中，同步后，我們不得不重新手動定義原始幾何中的選擇，這是一個耗時的過程。5.3 版對此進行了改進，提高了創建 CAD 裝配選擇的效率。所有相關的選擇均可自動加載，然后在 COMSOL Multiphysics 環境中被指派到合適的地方。這使得運行參數化研究、基于二維分析改進三維設計成為可能。

想要參考第一手案例嗎？好消息：“案例下載”的最新教學模型重點演示了這項功能。

注意：今天的示例使用的是 LiveLink? for SOLIDWORKS?，在 LiveLink? for Inventor? 也擁有此功能。更多細節請參見 COMSOL Multiphysics 5.3 版發布亮點。

對螺紋管裝置進行降階應力分析

在本例中，你可以通過 LiveLink? for SOLIDWORKS? 將 SOLIDWORKS? 軟件中的完整螺紋管裝置模型同步到 COMSOL Desktop? 環境中。為了計算降階應力分析，你需要利用橫截面 節點從三維模型中截取二維截面。該分析假定對外螺紋零件施加 5000 Nm 的扭矩（如下圖所示）。在設計中，外螺紋與其他零件均由相同的鋼材制成。

上：同步到 COMSOL Multiphysics 的完整三維裝配。下：為進行應力分析而截取的二維截面。

為了計算裝配中每個零件之間的力傳遞，模型使用了構造接觸。在 SOLIDWORKS? 軟件中，這些接觸面被定義為面選擇。裝配同步之后，所有的選擇被自動傳遞到了二維軸對稱模型中。這簡化了接觸對的創建過程，因為我們不再需要手動逐個選定相互接觸的邊界實體。尤其是對于螺紋，你只需要在 SOLIDWORKS? 軟件中為兩個面創建一個選擇，不再需要在二維軸對稱模型中選定十五條邊。

下圖為應力分析結果。我們可以看到施加了最大扭矩（5000 Nm）時的 von Mises應力。繪圖表明，應力的最大值小于使用 A 級 10.9 級合金鋼時的檢測值，這說明管件設計可以使用此材料。

仿真繪圖顯示了施加了最大扭矩后的 von Mises 應力。

在 COMSOL? 軟件中，你可以將復雜的 CAD 裝配與 COMSOL Multiphysics分析相結合，有效提升建模流程的效率。準確好了親手嘗試操作此教程嗎？