ANSYS有限法

ANSYS有限法（精选九篇）

ANSYS有限法 篇1

天然气集输金属管道穿越不同类型的土壤、河流和湖泊,在冬冻夏融、地下水位变化等条件的影响下,外壁会发生腐蚀,有些甚至会穿孔而引起灾害。阴极保护技术是天然气集输管网最有效的保护措施之一。然而,采气厂的管网存在管道交叉、并行情况,埋设环境复杂,诸多因素会影响各管道间杂散电流的干扰,难以通过试验进行研究。本工作利用ANSYS软件的电磁仿真功能,对影响管道电位的管道敷设垂直间距、强制电流大小、管道防护涂层电阻率以及辅助阳极地床位置等因素进行了模拟分析,获得杂散电流对临近管道的电位影响,为企业管道保护的优化改造方案提供了可靠依据,可为同类研究提供一定的参考。

1 ANSYS模型建立及验证

1. 1 模型建立

根据管道埋设的特点,利用ANSYS软件Work-bench平台,选择电位分析模块,通过Design Modeler建立分析模型,设立管道与土壤2 个计算单元[1]。首先创建土壤立方体环境,在Materials选项中对单元进行物理定义,设置土壤各向同性电阻率为60 Ω·m,土壤立方体下表面模拟大地无限远处,设置电压约束值为0 V。在土壤立方体中铺设管道,并输入相关参数如距管道起始端的距离、壁厚、防护涂层电阻率等。设定管道埋深为2 m。为计算简捷,对管道和土壤采用不同网格大小的六面体划分方式[2]( 见图1) 。在管道适当位置设置阳极地床,且与管道的垂直距离为80 m。

1. 2 模型验证

以采气厂101 条管道的实际运行数据验证所建模型,以G28 号管道为例,该管道总长10. 1 km,在管道5km处埋设阳极地床,每500 m安有测试桩,Cu / Cu SO4电极为参比电极,测试桩测定电位与模型模拟电位结果见图2。

由图2 可知,该管道模型模拟电位的最大误差为1. 450% ,平均误差为0. 687% ,在允许范围之内。模型与其他管道的电位分布情况也基本一致,其误差均在10% 以内,可用于研究阴极保护管道电位变化的规律。

2 电位分布影响因素

2. 1 管道间垂直距离

2. 1. 1 管道交叉

以2 条均通有阴极电流的交叉管道建立管道交叉模型,分别标号为1 号与2 号管道,管道总长均为1 km,两条管道在500 m处垂直交叉,距管道起始端100 m处设置阳极地床。模拟管道输入电流为0. 5 A,2 管道垂直间距为0. 5,1. 0,1. 5 m时,模拟管道的电位变化见图3。由图3 可知: 随交叉管道的敷设间距增加,电位分布的趋势不变,但对每处的电位大小有影响; 3 种垂直距离的交叉管道电位均在阳极床位置达到最低值,并逐渐向管道延伸方向升高,在交叉点处达到最高值; 3 种敷设间距时,管道交叉点处电位达最高值分别为- 967,- 971,- 974m V,2 号管道也有相同的变化规律。

在输入电流不变时,管道电位随着敷设距离的增加而降低,说明管道间的埋设间距越小,对周围管道的电场影响越大,管道的电位越高。由于增加管道敷设间距,会大幅提高经济成本,只能适当增大交叉管道的敷设间距。

2. 1. 2 平行管道

以2 条均通有阴极电流的平行管道建立管道平行模型,分别标注为1 号与2 号,管道总长均为1 km,2 条管道在不同端距管道起始100 m处设置阳极地床( 管道走向相反) 。模拟管道输入电流为0. 5 A,2 管道平行布置,敷设间距为1,2,3 m时,通过模型计算模拟管道的电位变化见图4。由图4 可知,随平行管道的敷设间距增大,电位分布的总体趋势不变,但每一处的电位的大小发生变化。2 管道的电位在各自阳极地床处达到最低值。对于1 号管道,管道电位在管道阳极地床处出现最低值,电位分别为-977,-980,- 983 m V。2 号管道也有相同的变化规律。

在输入电流不变时,平行管道每一处的电位随着管道敷设距离的增加而降低,说明2 管间的埋设间距越小,对周围管道的电场影响越大,管道的电位越高。

2. 2 阳极地床垂直距离

2. 2. 1 交叉管道

模拟输入电流为0. 5 A,阳极地床与管道的垂直距离分别取100,200,300 m时,交叉管道的电位变化见图5。由图5 可知: 交叉管道阳极地床距管道垂直距离的改变对管道电位的影响不显著; 管道距阳极床垂直距离越小,在阳极床安装处的电位越低; 靠近管道交叉点处电位达到最高值,3 种阳极床距管道垂直距离分别为100,200,300 m时,1 号管道的电位在交叉点达最高值分别为- 961,- 962,- 963 m V。2 号管道也有相同的变化趋势。

当输入电流不变时,交叉管道每一处的电位随着阳极床垂直距离增大而降低,但影响不明显,说明阳极地床距管道的垂直距离越大,有利于管道阴极保护电流回路的延伸。在实际情况中,由于某些区域土壤电阻率较大或土壤电阻率分布不均,增大阳极床距管道的垂直距离可能导致管道总体电位增加。

2. 2. 2 平行管道

模拟输入电流为0. 5 A,阳极地床与管道的垂直距离分别取100,200,300 m时,平行管道的电位变化见图6。由图6 可知: 平行管道阳极地床距管道垂直距离的增大对管道电位的大小影响不显著; 受自身阳极地床影响,2 管道电位在各自阳极安装处达到最低值,在平行管道阳极地床处电位略降低。阳极床距管道垂直距离越小,在阳极床处的电位越低。对于1 号管道,管道电位在阳极地床处出现最低值分别为- 975,- 974,- 972 m V。2 号管道也有相同的变化规律。

当输入电流不变时,平行管道每一处的电位随着阳极床距管道垂直距离的增加而降低,说明阳极床距管道垂直距离越小,阳极床处电位越低。

2. 3 管道防护涂层电阻率

2. 3. 1 交叉管道

模拟输入电流为0. 5 A,根据该采气厂实际情况,管道防腐蚀层分别采用环氧煤沥青涂层、环氧粉末涂层和3PE涂层,设置涂层电阻率分别为5000,50 000,100 000 Ω·m,通过数值计算,得到交叉管道的电位变化见图7。由图7 可知,随管道的电阻率增大,电位分布的趋势不变,但对每一处的电位大小产生影响,在阳极地床处达到最低值,在交叉点处升至最高。防腐蚀涂层分别为环氧煤沥青涂层、环氧粉末涂层和3PE涂层时,1 号管线电位的最高值分别为- 928,- 964,- 978 m V。2 号管道也有相同的变化规律。

由此可知,在输入电流一定的条件下,交叉管道总体电位随着防腐蚀层电阻率的增加而降低。

2. 3. 2 平行管道

模拟输入电流为0. 5 A,管道防腐蚀层分别采用环氧煤沥青涂层、环氧粉末涂层和3PE涂层,通过数值计算平行管道的电位变化见图8。由图8 可知,随管道的电阻率增大,电位分布的趋势不产生改变,但对每一处的电位大小产生影响,在阳极地床处出现最低值。管道每处电位随着防腐蚀层电阻率的增大而降低。涂层分别为环氧煤沥青涂层、环氧粉末涂层和3PE涂层时,1 号管线的最低值分别为- 933. 5,- 969,- 984 m V。2号管道也有相同的变化规律。

由此可知,在输入电流不变时,平行管道每一处的电位随着防护涂层电阻率的增加而降低。

综上所述,管道防腐蚀层的电阻率越高,阴极保护防腐蚀效果越好。

3 欠保护管道优化

采气厂各阴极保护站通常采用一站保护多条管道的保护方式。多线保护通常采用跨接电缆的方式保护相连管道。由于防腐蚀层破损等原因,多级跨接电缆保护的末端管道常出现欠保护问题。根据欠保护管道的相关参数,创立该管道有限元模型,通过调整电位影响因素,使管道电位达到阴极保护标准GB /T 21448 -2008[4]要求的电位范围。

以管网内S01 站保护的一系列管道为例,其中,G03管道跨接末端出现欠保护情况,其相关参数见表1。

根据该管道欠保护情况,提出将阳极床移至距管道垂直距离150 m处或者更换3PE防护层的方法对管道进行改造,通过软件模拟计算,末端电位结果见表2。

采用ANSYS软件模型对改造方案进行模拟计算,结果验证了移动阳极地床或更换防护层改造方案的可行性。

4 结论

( 1) 管道的交叉、平行对阴极保护的电位分布产生一定的影响。管道交叉时,在管道交叉点处会达到一个电位高点; 管道平行时,管道自身阳极地床会影响其平行管道电位分布。

( 2) 管道敷设的垂直间距越大,管道间电场的互相作用影响越小,电位越低,保护距离越大。管道阳极床距管道的垂直距离越大,管道阳极床处的电位越高,但管道的整体电位越低,保护距离越大。管道防腐蚀层电阻率越大,管道电位越低,保护距离越大,阴极保护效果越好。

ANSYS有限法 篇2

基于ANSYS的脱硫工程的有限元分析

摘要：本文结合经典工程算法,将ansys有限元软件应用于脱硫塔结构设计计算过程中,应用该软件计算脱硫塔结构的应力分布、模态分析以及大开口的局部补强设计,以确定结构的具体参数.作 者：于佳    孙荣国    霍龙  作者单位：沈阳工程学院 期 刊：科技信息   Journal：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)：, “”(18) 分类号：X7 关键词：ansys    脱硫工程    模态    应力   

ANSYS有限法 篇3

关键词：空气轴承；有限元分析

0引言

超精密高速加工技术是一项重要的先进制造技术，广泛应用于机械、航空航天、微电子、国防等高科技领域。随着高速加工技术的迅猛发展和广泛应用，对高速度、高精度数控机床的需求迅猛增长。传统的滚动轴承主轴结构难以满足数控机床的高转速、高精度的要求。空气轴承的电主轴具有转速高，耐磨损，旋转精度高的特点，电主轴是实现机床高速化的核心部件，因此，研究空气轴承的电主轴结构对实现数控机床的高转速、高精度是具有非常重要意义的。现在的机械加工工艺要求的主轴转速越来越高，高转速也越来越成为衡量一个产品水平的标志，成为商家竞争的焦点，谁先采用了更高转速的主轴，谁便在激烈的竞争中拥有了一张硬牌。

本文以雕刻机电主轴的空气静压轴承为研究对象，基于fluent软件对气浮轴承进行有限元分析，对轴承在高速运行状态下的性能进行研究。

1空气静压轴承的工作原理

静压气体轴承的工作原理基于空气静压效应，如图1所示，压缩空气以供气压力Ps由供气通道经节流小孔进入气腔，然后通过轴与轴承内表面的间隙，形成气膜，沿轴向流至轴承的端部，由此排入大气。当节流小孔横截面积减小时，气流速度加快，剪切速率会增加，由于气体具有粘性，气体的内摩擦会消耗其动能，引起经节流小孔后气体的压力值产生损失，即气腔中的压力P0小于供气压力Ps，同理由于气膜厚度非常薄，空气在气膜中流动时的剪切速率很大，所以气体由气腔流经气膜时压力再次损失，又因直接排入大气，出口处的压力即环境压力Pa，应小于气腔压力P0。

在没通入压缩气体前，由于轴的自重和载荷的作用，轴与轴承内表面相互贴合，气膜厚度h为零；通入压缩气体时，当供气压力与气腔面积乘积值超过载荷F时，轴被浮起，气膜形成，气腔中的压力P0小于供气压力Ps，轴在气膜压力的支承下达到平衡。当外载荷增大时，气膜厚度减小，气膜的压力会增大，支承力增加，以平衡增大的外载荷；反之，当外载荷减小时，气膜厚度增加，气膜压力会减小，支承力减小，以平衡减小的外载荷。以上就是空气静压效应的基本原理。

2空气轴承性能的有限元分析

（1）求解区域的确定

由于轴承是双排节流孔，整体模型如图2所示，从模型可以看出两排孔的中间有一个对称的横截面，将直角坐标系的XY平面与这个对称面重合，坐标系的Z轴与轴承的轴心线重合。于是，可以取整个轴承的二分之一气流区域作为分析对象进行分析，其模型如图3所示

（2）有限元网格的生成

对求解区域进行网格划分，由于高压空气流经轴承节流孔小横截面通道时，其速度会急剧增加，所以在节流小孔区域，速度梯度和压力梯度都会很大，相应的网格密度也要很高。按照此原则，对二分之一轴承模型进行网格划分，

（4）边界条件的确定

从八个进气口施加供气压力0.6Mpa，且YZ面为对称面，出口压力为环境压力，施加气膜内壁的切向速度，其余所有表面施加速度边界0。

（5）求解器选择

由于几何图形长度尺度相差太多，所以选用Fluent3d——三维单精度求解器。

（6）选择计算模型：

由于高速可压流动，求解问题时网格要比较密，建议采用耦合隐式求解方法

（7）求解方法的设置及其控制、流场初始化、迭代求解计算。

（8）求解及结果分析处理

供气压力不变时，静压效应条件下的气膜压力的分布与偏心率有关，而在高速旋转的动压效应条件下，气膜的压力分布还与转速有关，因此我们选择相同的偏心率，分析在不同转速条件下的轴承动压效应，在此取ε=0.5。假设转轴向+Y方向偏移，观察在不同转速下气膜上的气膜压力分布，结果如图5所示。图中刻度为压强值（Pa）。

主轴处于静态即转速为零时，节流小孔出口处压力为气膜中的最大压力，当主轴以一定得转速旋转时，随着转速的提高，动压效应逐渐增强，气膜区的最大压力也会随之增大，且气膜高压区随转动方向移动，移动方向是向轴中间受载区域移动。当转速达到100000r/min时，气膜高压区已覆盖大部分气膜区域，且最高压力早已超过了供气压力；当转速达到140000r/min时，气膜的高压区扩散到所有进气孔位置，且沿轴向高压区不断扩大，最高压力也在增加。

根据气膜上的压力分布，可以求出气膜压力的合力F，即轴承的径向承载力，在Fluent仿真计算时，将轴承的内表面定义为某名称的墙面，然后利用Fluent软件中的面积分指令，对轴承内表面上的压力进行积分，得到轴承在不同转速时的承载力，径向承载力与主轴转速的关系如图7所示。

在主轴转速为零的条件下，当偏心率ε=0.5时，轴承的承载力是164.8N，由图6可看到，主轴转速为100000r/min时，轴承的承载力为177.6N，由于动压效应的作用，使承载力提高了7.8%，也就是说，如果不考虑静压轴承的动压效应的话，将会产生7.8%的误差。因此高速旋转静压轴承的动压效应不可忽略。总体上看，转速越高，动压效应越大，承载力随之不断增加。

3结论

本文首先对空气静压轴承的工作原理及特点做了介绍，进而运用三维实体建模分析方法，基于fluent软件对静压轴承的动压效应进行了有限元分析，分析结果表明，在偏心率为0.5情况下，主轴转速为100000r/min时，动压效应的作用可以提高轴承的承载能力约7.8%，所以高速转动的空气静压轴承的动压效应不容忽略。

参考文献：

[1] 温诗铸.静压空气轴承性能的实验研究.机械工程学报，1962，10（3）：16-31.

[2] 党报茂.气体润滑技术.南京：东南大学出版杜，1990.

[3] 江帆，黄鹏编著.Fluent高级应用与实例分析。清华大学出版社.2008，8-91.

连续箱梁桥Ansys有限元分析 篇4

关键词：连续箱梁,应力分布,有限元,连续钢构桥

1 运用ANSYS建立有限元模型

1.1 理论计算方法的不足

以往对桥梁的分析多基于结构力学的平面杆系的有限元理论求解, 对于箱梁受翘曲扭转和畸变等造成的应力不均匀分布, 通常采用转变方法, 增大系数或采用间杆系理论进行研究。虽然以上几种方法也能取得相应的结果, 但在精度和效率上均存在不足, 主要可以归结为以下几点: (1) 采用传统的理论计算极其复杂, 尤其对大型的桥梁结构需要工程师具备一定的知识水平, 且在计算过程中常受边界条件和荷载形式多样化的影响。 (2) 理论计算多需要大量的假设即便简化计算步骤, 这就造成与实际的空间结构存在一定的出入。这就造成所建立的模型存在一定的误差, 且在较为复杂的空间结构中误差会存在相互的叠加甚至以幂指数的形式上升, 最终导致错误的内力计算, 影响结构设计。 (3) 内力的增大系数通常也称之为经验系数, 其取值的正确性很大程度上受制于工程师的经验和直觉, 因此存在很大的不确定因素。尤其是对于大跨径的梁桥, 其内部荷载和内部受力及其复杂, 梁桥的剪力、扭转和翘曲、畸变特性均非常复杂, 且梁桥的空间效应很是明显。

针对以上几个问题, 本文选取一座典型的大跨径箱型简支梁桥作为研究背景, 采用通用的大型ANSYS有限元软件, 对其建立1∶1模型进行空间仿真计算和研究。其研究结果对于相类似的梁桥设计有一定的参考价值和工程价值。

1.2 利用ANSYS建立有限元模型

大型有限元软件ANSYS是由美国ANSYS公司研发, 是目前世界上增长最快的计算机辅助工程软件, 其强大的计算功能且较为简便的操作方法, 已成为在国际上广为流行的有限元分析软件。ANSYS是一个多用途的有限元计算机设计程序, 可用于求解流体、结构、磁场等的碰撞问题。它已经广泛运用于汽车、航空和桥梁、建筑等行业, 切均取得了较好的研究成果。与传统理论计算方法最大的区别在于, ANSYS不仅能对结构进行静力分析, 更能运用结构动力学对结构随着时间的变化合资对结构的影响。

在模型的前处理过程中需要对所建立的模型进行网络划分, AN-SYS提供了多种网络生产方法主要可以分为:直接网络划分 (逐一定义节点和及单元, 不经过几何图片) ;自动网络划分 (先定义几何图形, 如线、面或体, 再进行网络划分) 。模型网络划分的正确与否直接会影响到模型的最终计算结果, 为了提高风险的精确度可以通过常见的几种方法进行调整:网络细分法 (h-Method程序自动细分网络) ;高次单元法 (p-Method选择高次单元进行分析) ;混合并行法 (hp-Metyhod) , 对于复杂的结构如果出现重叠的节点则可以必须通过Preprocessor→Numbering Ctrls→Merge Items→Nodes命令消除。

在箱型截面的桥梁中, 主要采用的是梁格法, 其主要是将箱梁每个区段内弯曲和抗扭刚度集中到邻近等效的梁格内, 实际结构纵向刚度则集中于纵向的梁格构件内, 而横向刚度集中于横向的梁格构件内。

常见的梁格法分为三类:汉勃利 (hambly) 梁格、慧加 (WISEPLUS) 梁格和梁格法与剪力滞效应, 本文重点分析汉勃利梁格法。汉勃利梁格法的原理主要是将梁格的纵向杆件的形心高度和箱梁截面的形心高度尽量保持到同一位置, 使结构的腹板剪力直接传递到所在位置的梁格构件, 尤其进行承担。这样划分的原因是主要考虑到格梁和设计时的受线或中心线能够重合到一起, 也就是要使模型根据原结构的受力情况来划分网格。

ANSYS在结构分析中, 主要分为三步:前处理、求解、后处理。前处理主要是基于ANSYS提供的强大的实体计算模型建立和网络划分工具, 针对桥梁的实测数据建立相对应的模型并进行网络划分, 如图1为本文所建立的模型并进行了网络划分。求解部分也可称之为计算分析部分, 针对所建立的模型, 选取分析计算模块如线性分析和非线性分析等。根据所选择的计算模块可以模拟结构的多个物理介质相互作用的结, 并且可进行灵敏度的分析和模型的优化分析。后处理则是对计算完成后的模型用彩色梯度显示 (如图2所示) 或是矢量显示等以图片的形式将计算的结果形式出来, 同时也可以讲计算得到的数据导出并绘制相对应的曲线。

桥梁结构多为超静定结构, 内力多在施工过程中逐渐累积而成。因此, 对其模型的建立需考虑到桥梁自身的特点和相应的施工方法, 本文在ANSYS中利用板单元进行分析, 其建模步骤如下: (1) 用箱梁的中心线来模拟板的边线, 板厚极为箱梁的底板、顶板、腹板及翼缘板的厚度。 (2) 正确模拟倒角及渐变的翼缘板厚度及底板厚度。 (3) 进入后正确分析受力及变形。

连续箱梁单元类型采用shell63, 采用质量密度ρ=2500m3, 泊松比ν=0.25。根据箱梁各节点的位置建立关键点, 连接所有关键点, 形成板面, 并赋予这些板面实常数特性。建立箱梁1/4模型, 由于箱梁轴对称性, 运用镜像命令, 得到连续箱梁的整体模型。在箱梁两端和支座处施加位移约束, 并施加恒载, 可得连续箱梁主应力变化云图。

2 结论

预应力混凝土连续箱梁的施工方法不同将导致结构承受不同的内外因素影响, 在各种因素影响下结构极易受强迫变形, 受多余约束的影响, 在多余约束处会产生相应的约束反力, 从而引起结构增加了附加内力, 增加的附加内力一般称为结构次内力。桥梁结构的外部因素主要有材料的预加力、结构下部的墩台基础沉降、外界环境的温度变化等;内部因素主要有混凝土材料的徐变与收缩特性和结构构造与配筋形式等影响。

(1) 在施工过程中预应力连续箱梁主要是受施工过程中的外界温度和混凝土的收索徐变等影响, 其内部的徐变对桥梁的影响大小尚需进一步的研究分析。

(2) 运用ANSYS对支架进行稳定性分析时, 针对不用的结合需要进一步的找出导致支架的不确定性因素。且应分析结构支架的初始缺陷, 施工和施工中荷载的初偏心等因素对支架部位承载力的影响。

(3) 混凝土结构梁桥的支架计算不等同于一般的钢结构, 对于如何才能运用更真实、准确地方法对支架进行受力分析是待于解决的问题。

参考文献

[1]程海根.薄壁箱梁剪力滞效应理论分析与试验研究[D].四川:西南交通大学土木学院, 2003.

[2]刘瑶.梁格法在分析箱梁结构中的应用[D].黑龙江:东北林业大学土木学院, 2007.

基于ANSYS的平板凳有限元分析 篇5

关键词：ANSYS,有限元分析,平板凳

平板凳结构简单, 使用方便, 占地面积小, 在日常生活工作中随处可见, 扮演着一个不可缺少的角色, 但是往往比较容易损坏。本文利用ANSYS有限元分析软件对平板凳进行强度和变形分析, 找出结构最易破坏的地方, 判断其是否合理利用材料。

1 平板凳的建模

1.1 平板凳SOLIDWORKS模型的建立

平板凳为左右对称结构, 材料选用松木, 弹性模量EX=2.1e4pa, 泊松比PRXY=0.33, 顺纹极限强度为80MPa。根据日常生活中平板凳的实际尺寸, 在SOLIDWORKS软件中建立模型, 见图1。

1.2 模型的导入

平板凳模型建立的目的是为了后续的有限元分析, 因此将简化后的SOLIDWORKS模型导入ANSYS软件, 转化为有限元分析模型, 这样大大提高了建模的效率。图2为导入后的模型。

2 单元属性的定义

进行任何有限元分析都必须选择合适的单元类型, 单元类型决定附加的自由度。对于平板凳, 主要承受竖直压力, 因此选用实体单元SOLID92进行结构离散。该单元为10节点单元, 每个节点有三个自由度:X、Y、Z方向的转动;具有塑性、蠕变、辐射膨胀、应力强化、大变形、大应变的特性。

3 网格的划分

网格划分的过程就是结构离散化的过程, 通常划分的单元越多越密集, 就越能反映实际结构状况, 计算精度越高, 计算工作量越大, 计算时间增长。本文结构较简单, 故采用自动网格划分方法进行网格划分, 网格精度取SMRT6, 共划分成32149个单元、46725个节点。网格划分结果如图3所示。

4 载荷的施加

有限元网格划分好后, 进行施加荷载和定义边界条件, 荷载和边界条件施加与工程实际是否吻合直接影响到分析结果的正确性、合理性。本文模拟的是约65Kg体重的人双脚完全悬空坐于凳子上, 静态状况下平板凳主要受到载重人体的重力, 并对4个凳脚全约束以及施加5000Pa的压力在平板凳的座板上。通过加载后的情况如图4所示。

5 后处理

ANSYS软件将对自动划分的每一单元的节点进行计算。在结构分析完成后, 可进入通用后处理器和时间历程后处理器中浏览分析结果。图5和图6分别为平板凳总变形图和等效应力分布图。

6 结果分析

6.1 本文中平板凳为对称结构承受对称载荷, 显然应有对称性, 从图5和图6可以看出, 位移和应力的解都是对称的, 符合推断;轴力和弯矩在正负数值上的分布也是符合直观判断;故可确定本次分析结果是客观的, 较为真实地反映了平板凳的受力情况。

6.2 平板凳的材料是松木, 从图5和图6中可看到最大变形和最大等效应力发生在平板凳的中心以及凳脚与座板的连接处, 应力大小为0.76MPa, 远低于松木的顺纹极限强度80MPa;故平板凳在载荷65Kg的人双脚离地坐于座板上, 能够满足强度要求, 且还有很大的承载潜力。

6.3 平板凳的最大等效应力远小于材料的许用应力, 材料特性没有充分发挥出来, 因此有必要对平板凳的结构进行优化, 比如把实体座板挖出几道空槽, 适当减小凳腿的截面积等, 进一步提升材料利用率。

参考文献

[1]邓凡平.ANSYS12有限元分析自学手册[M].人民邮电出版社, 2011.2.1:2-300.

[2]王庆五.ANSYS10.0机械设计高级应用实例 (第2版) [M].机械工业出版社, 2006.1.

基于ANSYS联轴节的有限元分析 篇6

联轴器是用来联接不同机构中的两根轴 (主动轴和从动轴) 并使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。联轴器由两部分组成, 分别与主动轴和从动轴联接, 是机械产品轴系传动最常用的联接部件。动力机一般都借助于联轴器与工作机相联接, 机器运转时两轴不能分离, 只有机器停车并将联接拆开后, 两轴才能分离。在高速重载的动力传动中, 有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用, 可减少机械传动系统的振动, 降低冲击尖峰载荷.加强对联轴节力学性能的了解, , 对提高煤矿机电设备的安全可靠性, 设备可用率, 降低设备强迫停运几率, 减少维修费用, 延长设备使用寿命等都有着重要意义, 所以有必要对联轴节进行有限元分析, 提高联轴节的可靠性, 为联轴节的生产设计和进一步优化提供参考。

1 安装后有限元分析

1.1 有限元模型

该联轴节由外套、内套和轴组成, 外套与内套, 内套与轴之间通过过盈配合联接, 外套与内套接触面为锥度配合, 在弹性变形的作用下使外套、内套和轴系相互抱紧, 形成一个能同步回转、传递扭矩的整体。安装模型为轴对称结构, 所以采用四分之一模型建模, 减少单元数量, 以便提高运算速度。

网格划分采用映射网格划分, 单元类型选取solid185, 划分完的有限元模型如图1。

外套、内套、轴的材料均为钢, 弹性模量E=206 GPa, 泊松比u=0.25, 密度取7.9×103kg/m3, 材料的强度极限为720 MPa, 本模型采用参数化建模, 长度单位采用mm, 力单位采用N。采用接触对来完成联轴节安装工况的分析, 外套与内套、内套分别与主动轴和从动轴构建接触对。

1.2 应力分析

安装后总体应力云图如图2、图3所示, 从图2中可以看出, 在外套截面突变处应力较大, 一是由于应力集中, 二是由于端部效应, 在外套外表面应力为272 MPa。

从图3中可以看出外套内表面应力为479 MPa, 在端部截面突变处出现应力集中, 应力较大, 为612 MPa。

从外套内表面压应力曲线 (如图4) 可以看出, 外套与内套之间的压应力平均为120 MPa, 在端部有明显的应力集中现象, 在两轴结合处压应力稍微减小, 但也大于要求的设计压力110 MPa, 所以连接部分内套与外套符合要求。

内套内表面与轴的外表面之间的压应力如图5所示。

从图5中可以看出内套与轴的接触面压应力也在110 MPa以上, 可以达到设计要求, 在内套端部由于没有外套的接触, 故压力较小, 与实际情况符合。

2 施加扭矩时的应力分析

2.1 有限元模型

联轴节主要起传递扭矩的作用, 在施加扭矩时采用建立MPC点的形式, 将扭矩施加于MPC点。所建立有限元模型如图6。

2.2 有限元分析

在该联轴节一端施加扭矩后, 总体联轴节应力云图如图7。从图7可以看出, 在施加扭矩端部应力很大, 原因是MPC点与端部各点建立刚性梁, 施加扭矩时端部各点受力较大, 此部分除去不计, 整体联轴节应力为640 MPa。从加扭后的接触强度曲线可以看出, 施加扭矩后内套与轴的接触应力仍大于110 MPa, 说明了模型的可靠性。

3 结语

通过对联轴器的分析, 得到了联轴器的整体应力云图, 并分析了联轴器外套与内套、内套与轴接触面处的压应力分布曲线, 说明此设计可以满足要求, 并找到了应力最大区域, 为联轴器后续研究提供了可参考的力学模型, 为下一步联轴器的优化设计提供依据。

摘要：利用APDL语言对联轴节进行参数化建模, 通过接触对建立了外套、内套与轴之间的关系, 通过ANSYS软件得出了安装完毕后各部件的应力分布云图, 找到了外套与内套的危险区域, 得出了外套内表面、内套内外表面的径向应力沿轴线的分布曲线, 通过对内套与轴的接触强度曲线的分布曲线分析, 说明了联轴节连接的可靠性。在安装建模的基础上, 对联轴节受扭矩时的工作状况进行了分析, 通过MPC点施加扭矩, 得出了联轴节整体应力云图, 再次对内套与轴的接触强度进行分析, 说明了传递扭矩的可靠性, 为联轴节的设计提供了理论基础, 为其进一步的优化设计提供了可靠的理论依据。

关键词：联轴节,ANSYS,有限元

参考文献

[1]龚曙光, 谢桂兰.ANSYS操作命令与参数化编程[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[2]何君毅, 林祥都.工程结构非线性问题的数值解法[M].北京:国防工业出版社, 1994.

ANSYS有限法 篇7

近年来, 由于电子集成技术、光学技术、计算机技术的不断发展, 透镜逐渐向着小型化、微型化方向发展。传统的加工技术由于成本高、精度低、周期长, 已经不适合小尺寸透镜的大批量生产。透镜模压成形技术是一种高精度复制成型技术, 适合小尺寸光学元件高精度大批量加工, 最早由美籍华裔教授stephenYChou提出。这种技术将模具与玻璃放在工作腔内一起加热到模压温度, 一次性精确复制出模具的面型。与传统的加工方法相比, 这种模压成型技术成本低, 精度高, 适合大批量生产[1]。模压成型技术一经提出, 便受到广泛关注。早起的研究主要是对实验的研究, 但随着计算机技术的不断发展, 为了节约成本, 人们使用有限元分析的方法来研究模压成型技术。通过有限元仿真软件, 模拟模压成型技术的各个工艺阶段, 研究成型机理, 预测成型质量, 优化加工参数。本文采用ANSYS软件对透镜模压成型的过程进行仿真分析, 观察透镜在加热阶段的温度变化情况和加压阶段的透镜变形情况。

1 玻璃透镜模压成型技术

1.1 模压成型实验

实验室采用的模压机是韩国进口的DTK公司设计制造的模压成型机。在工作站1进行加热, 在工作站2进行模压, 在工作站3进行退火, 最后进行水冷却, 使成型玻璃镜片快速冷却到室温, 开模取出成品。本设备自动化程度高, 生产周期短, 适合大批量生产[2]。

模压成型工作过程如图1所示。当设备开机后, 先在控制面板上设置模压时间、模压温度、模压压力等参数。玻璃毛坯放入上下模具之间, 模具用套筒固定, 将整个套筒放入导轨中, 在点击控制运行按钮;制程开始自动模压, 设备自动将模具送入成型腔室并自动进行模具移送;在工作腔内完成模压制造后, 自动送出工作腔。

整个工艺过程共经历加热、加压、退火、冷却四个阶段。在加热阶段, 模具与玻璃毛坯在电加热板作用下进行加热;在加压阶段, 坯料在模具作用下被模压变形, 复制出模具上的面型;在退火阶段, 已成型的玻璃镜片慢慢冷却到指定温度, 即退火, 目的是减少内部残余应力;在冷却阶段, 使成型玻璃镜片快速冷却到室温, 开模取出成品。

1.2 理论分析

在模压成型过程中, 所使用的玻璃材料是非晶体。常温下玻璃是固态;在软化温度以上, 玻璃是液态。但在模压温度下 (转变温度以上软化温度以下) , 温度材料呈现粘弹性, 在模压过程中会表现为蠕变与松弛, 兼具弹性固体和粘性流体的双重性质[3]。蠕变指在恒定应力作用下, 应变由弹性应变和粘性应变组成;松弛是指在保持恒定应变作用下, 应力会随时间发生松弛的现象。玻璃材料的粘弹性本构方程可以表现为式 (1) 和 (2) , G (t-τ) 为为应力松弛模量, G (t-τ) 为蠕变模量。

粘弹性模型通常用弹簧-阻尼器力学模型描述。这里, 用弹簧来表达在模压下玻璃的弹性特性, 用阻尼器来表示模压下玻璃的粘性特性[4]。本文采用五单元Maxwell模型 (如图2所示) 来模拟玻璃的粘弹性, 模型可以使用多个弹簧-阻尼器并联的方式, 更能精确表现玻璃材料的性能。

2 有限元仿真

2.1 有限元仿真模型建立

本文仿真采用的玻璃型号为L-BAL42, 玻璃材料与WC模具, 光学玻璃毛坯的厚度为2mm, 半径为10mm, 模具的长20mm, 厚度为5mm。利用有限元软件ANSYS建立二维几何模型。在单元类型方面, 热分析采用PLNE55轴对称单元, 结构分析采用PLANE182轴对称单元。假定下模具固定, 利用通用有限元分析软件ANSYS建立有限元模型, 如图3所示。在计算得到稳定温度场后, 将分析类型转换为结构计算, 并导入前期计算得到的稳定温度场结果, 以求解温度变化情况及变形云图, 并考虑上模具的加压作用。

2.2 加热、加压过程仿真

加热过程中, 将玻璃毛坯与模具一起放入加热工作站进行加热。电加热板直接对上下模具进行加热, 设定上下模具的两个加热面的温度即为电加热板的设定温度。仿真时, 定义玻璃毛坯和模具的初始温度都为常温20℃, 模压温度为580℃, 加热时间设定为300s。通过仿真分析模具与玻璃毛坯内部温度变化情况, 得出模具与毛坯 (内部温度均匀分布状态) 达到预设温度的最佳时间, 目的是考察加热时玻璃内部的温度场变化情况。

在加压过程中, 设定下模具固定, 对上模具施加压力;设定模具与玻璃毛坯之间的摩擦系数为0.1。因为接触行为在有限元分析中会引起非线性, 因此设定模具与玻璃毛坯之间的接触行为, 通过命令流设定控制压力的施加。

3 有限元数值分析结果

3.1 加热过程仿真

本实验采用的是电加热板进行加热。模具和坯料一起在电加热板作用下进行加热, 考察的是加热时玻璃内部的温度场变化情况。图4给出了不同加热时间下, ANSYS仿真透镜在模压成型过程的温度变化情况。

通过仿真分析, 透镜在加热过程中温度逐渐变化, 最后达到模压温度, 整个透镜在全部达到模压温度580℃的时间为250s。因此, 在实际加工过程中, 可以把加热阶段的时间设置为250s, 此时透镜均匀达到模压温度, 避免了透镜在未全部达到均匀温度下进行模压造成边缘破裂的问题, 同时也不需要耗费大量实验操作去确定加热阶段的时间参数。

3.2 加压过程

本实验中, 透镜的矢高为0.01cm, 加压过程的仿真变形, 如图5所示。透镜成型后, 与凹槽半径基本一致, 实现了很好的模压复制效果。

在模压过程中, 模压压强与矢高的变化规律如图6所示。通过仿真分析, 得出透镜在模压过程中随着加压压力的变化规律:随着压力的增大, 充型率越来越好, 但是不宜过大;加压压力过大, 会降低模具寿命;当加压压力达到0.008MPa时, 玻璃已经充满型腔, 非球面形状得到了精确复制。

4 结论

本文针对模压成型技术的工艺过程, 采用ANSYS软件对透镜的模压成型过程进行建模;通过对玻璃的性能分析, 知道玻璃在模压温度下表现为粘弹性;并选取五单元Maxwell模型来模拟玻璃性能。最后, 通过ANSYS仿真, 得到如下结论:在加热阶段, 温度随着时间变化, 最后达到均匀, 从而得到最小加热时间250s;在加压阶段, 压力的大小直接影响镜片的成型质量;随着模压压力的增大, 充型率越来越好, 但是不宜过大;加压压力过大, 会降低模具寿命;当加压压力达到0.008MPa时, 玻璃已经充满型腔, 非球面形状得到了精确复制。

参考文献

[1]Koro Shishido, Masao Sugiura, Tetsuo Shoji.Aspect of Glass Softening by Master Mold[J].Proceedings of SPIE, 1995, 25 (36) :421-433.

[2]ZHANG Yi-tong.Theory of Thermo-Viscoelasticity[M].Tianjin:Tianjin University Press, 2002.

[3]张小兵.非球面透镜模压成型仿真技术[J].光学技术, 2013, 39 (3) :204-211.

ANSYS有限法 篇8

液压叉车的叉车架是一个重要的机构,它的振动特性的好坏直接关系到整台机床的加工性能,了解叉车架结构本身具有的振动特性即结构的固有频率和振型,将避免在使用中因共振因素所造成的不必要损失,因此有必要对其进行详细的振动特性分析。通过模态分析可以判断振型是否影响加工精度,根据此数据还可对与叉车架相关的部件进行优化设计,提高叉车抵抗振动的能力,使叉车满足加工质量和加工精度的要求[2]。基于有限元理论,利用ANSYS对叉车架进行静力分析和模态分析,为叉车架的设计提供了参考。

1—升降缸,2—销轴1,3—叉车架,4—叉车体,5—伸缩缸,6—液压系统底座,7—带立式座外球面向心球轴承,8—液压站,9—销轴2,10—平移车体,11—液压马达,12—链条,13—车轴(主动轴),14—轻轨,15—车轮,16—信号挡板

1 静力分析

1.1 三维模型的建立

通过Pro/E强大建模功能所建立的三维实体模型,直接导入ANSYS中分析。在ANSYS有限元分析中必须对模型进行一些简化,简化时要明确分析的主要部分,对不重要的次要细节可删除以减少计算量和计算时间,提高计算的精确度。分析对象是叉车架,在将模型导入ANSYS中,实验证明叉车架体各处的倒角和圆角对分析结果影响不大,但是ANSYS软件分析时耗费大量时间,为减少计算量、缩短计算时间,忽略叉车架体各处倒角和圆角等[3]。导入ANSYS中的模型如图2所示。

1.2 模型的网格划分

网格可以分为自由网格和映射网格,针对自由网格和映射网格的不同特点。如对自由网格的划分对实体模型没有什么特殊的要求。如果要进行映射网格划分,对于2-D平面结构,映射网格必须是四边形和三角形结构。对于3-D结构,实体模型一定是六面体结构,如果是个复杂的实体结构,也可拆分若干个六面体组合结构进行网格化分。

根据有限元和结构分析理论知识可知,用三维实体单元来描述复杂实体比较合适,更能反映实际状况。由于六面体单元在划分时要求结构比较规则,对其进行六面体网格的自动划分比较困难,而用四面体单元划分三维结构,单元划分是很灵活的,可以逼近较复杂的几何形状。计算采用四面体单元Solid45,该单元为8节点单元,每个节点有三个沿着xyz方向平移的自由度。具有塑性,蠕变,膨胀,应力强化,大变形和大应变能力[4]。

叉车架的材料是45#钢,材料的力学参数如下:弹性模量:E=210 GPa;泊松比:μ=0.3;密度:ρ=7.8×103kg/m3;屈服度:δs=355 MPa,安全系数K=2,综合运用以上所述,有限元网格划分模型如图3所示。

1.3 施加约束和载荷

针对叉车架的具体结构而言,约束包括:在叉车架底部施加全约束。载荷包括:因为是静力分析,所以可以认为叉车架的瞬间是固定不动的,因此在叉车架与叉车体滚轮连接处施加载荷(叉车体的重量245.7 kg和整垛铝锭的重量1 088.8 kg);在叉车架与液压系统底座连接处施加载荷(液压站重量800 kg和液压系统底座重量145.2 kg);在叉车架与两侧举升缸连接处(液压推耳)施加载荷(举升缸活塞杆推力14 915 N)

许用刚度计算:

叉车架的材料是45#钢,安全系数K=2,其许用强度为:σ=σs/n=355/2=177.5 MPa

1.4 进行求解运算

ANSYS程序中解方程的方法有直接解法、稀疏矩阵直接解法、雅克比共轭梯度法、不完全分解共轭梯度法、预条件共轭梯度法、自动迭代法以及分块解法。利用默认的直接解法进行求解。操作步骤为:Main Menu>Solution>Solve>Current Ls。求解完毕后保存文件。

1.5 结果处理及分析[5]

(1)从向量位移云图,如图4所示。可以看出,叉车架的向量位移从后部向前端存在由小变大的趋势,这与加载部位和约束位置有关。叉车架的最大位移变形发生在叉车架前部,其中最大1.725 mm。

(2)从等效应力云图,如图5所示。能看出,叉车架的销轴2(图1-9)部位受到的应力强度比较大,最大值为1.47 MPa;因为材料的许用应力177.5MPa,可见设计偏于保守,说明材料抵抗破坏的能力还具有较大的潜力,可以采用适当材料以降低成本。

2 模态分析

叉车架作为叉车的主要部件,其结构必须有足够的静强度和刚度来达到其疲劳寿命、装配和使用的要求,同时还应有合理的动态特性来达到控制振动与噪声的目的。在叉车架结构设计中,如果只考虑结构的静强度和刚度,而导致整个叉车在工作中产生共振,噪音。模态分析的作用在于提取结构固有频率及振型,它是做动力学分析(如瞬态动响应分析、谱分析等)的基础,也为结构的动态修改提供了重要的理论依据。做模态分析的好处是:一是使结构设计避免共振或以特定频率进行振动;二是使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的;三是有助于在其它动力分析中估算求解控制参数[6]。

2.1 模型的加载与求解

模态分析中的建模过程与静态分析的建模过程基本类似,设定材料参数,模态分析需要定义密度参数,最后进行网格划分,机架共划分节点数为25 986,单元数为12 304。

分析中叉车架底部与平移车体固定连接,施加全约束于叉车架底部的节点上。模态的提取有六种方法分别是Subspace法、Block Lanczos法、Power Dynamics法、Reduced Householder法、unsymmetric法、Damped法。主要使用Block Lanczos法。对叉车架底部进行全位移约束,设置扩展模态数为5,进行求解[7]。

2.2 模型计算结果及分析

如图6所示,经过模态分析,第1阶频率0.014 7 Hz,主要集中在叉车架前部,在Z方向出现最大振幅0.245×10-2mm,第2阶频率0.087 5 Hz,主要集中在叉车架前部,沿Y轴方向上出现最大振幅0.258×10-2mm,第3阶频率0.105 6 Hz,主要集中在叉车架液压推耳处,沿Y轴方向扭摆的最大振幅0.327×10-2mm,第4阶频率0.167 2 Hz,主要集中在工字钢后部绕Z轴折弯,最大振幅0.304×10-2mm,第5阶频率0.234 5 Hz,主要集中在工字钢后部,在Z轴方向最大振幅0.270×10-2mm。

从上面分析结果来看,叉车架的振动主要集中在工字钢的前部和后部,在频率为0.105 6 Hz时,液压推耳的扭摆比较大;在频率为0.087 5 Hz时,叉车架前部振动较大。且从模态分析中得出,前五阶固有频率都是大于0.014 7 Hz,所以现在的叉车正常工作频率是符合要求的。

3 结论

通过对叉车架进行有限元建模,并进行线性静态分析,模态分析。从强度方面考虑,叉车架最大应力值远小于许用应力,其强度满足使用要求;从刚度方面考虑,叉车架的整体变形很小,整体来说叉车架的刚度也是满足使用要求的。总体来讲,该叉车架在强度和刚度方面都存在很大的余量,是完全能够满足应力条件的,并且该叉车已应用于工程实际(包头东方希望铝厂25 t/h铝锭连铸生产线),更加验证了设计符合要求;其位移变形数据以及应力分布范围和变化情况,为以后的优化分析积累了经验,提供了详实的依据,再进行叉车架的结构设计时,可以在满足强度和刚度的条件下应尽可能地减轻重量,进行必要的优化。

摘要：以25 t/h铝锭连铸生产线液压叉车的叉车架体为研究对象,用三维软件Pro/E建立三维模型,将三维模型导入AN-SYS建立有限元模型,对叉车架体进行线性静力分析和模态分析,分析叉车架体的变形及应力分布情况,找出变形及应力最大位置,提出叉车架体的改进方案,提高方案设计的可靠性。

关键词：ANSYS,叉车架体,Pro/E,模态,有限元分析

参考文献

[1]雷春丽,芮执元.铝锭连续铸造机组中冷却运输机驱动装置的改进.兰州理工大学学报,2006;(2):78—79

[2]杨明亚.基于ANSYS的数控铣床床身结构的振动特性分析.机械工程与自动化,2008;(5):72—75

[3]贾祥敏.将复杂机械结构Pro/E模型导入ANSYS中的方法.煤矿机械,2006;(3):433—436

[4]李黎明.ANSYS有限元分析实用教程.北京:清华大学出版社.2005

[5]郝文化.ANSYS7.0实例分析与应用.北京:清华大学出版社.2004

[6]孙黎,王春秀.基于ANSYS的大型风电机组齿轮箱的低速轴有限元分析.机械设计与制造,2009;(5);35—37

ANSYS有限法 篇9

关键词：叉车,外门架,有限元分析

叉车是现在人们常用的搬运设备之一, 是成件托盘货物过程中进行装卸、堆垛和短距离运输以及重物搬运作业的常用搬运车辆。它广泛应用于港口、车站、机场、货场、工厂车间、仓库、流通中心以及配送中心等, 并可进入船舱、车厢和集装箱内进行托盘货物的装卸、搬运作业, 是托盘运输、集装箱运输中必不可少的设备。叉车的门架属于工作装置的一部分, 主要包括外门架、内门架、货叉和叉架等。文章利用有限元分析软件Ansys-workbench对2.5T叉车的外门架进行分析, 为叉车外门架结构的合理设计提供依据, 同时达到缩短设计周期, 提高供货质量的目的。

1 门架系统的结构分析

叉车的门架系统由门架、链条、叉架、货叉、门架滚轮、液压缸等部件组成。叉车门架为伸缩式的框架结构, 通过外门架尾部铰接在车轴或车架上, 依靠倾斜液压缸实现前后倾斜, 以便于装卸货物以及带货运行。内外门架是垂直起升系统的立柱, 主要承受弯曲载荷;货叉架又被称为滑架, 用于悬挂货叉或者其他的叉车属具;货叉即是直接承载货物的部分, 一般装有两个, 其间距可以在货叉架上调整。起升液压缸带动链条传动使货叉架沿内门架升降, 从而带动货叉的完成升降运动, 达到升降载荷的目的。内门架滑轮贴附在外门架内, 以外门架内槽为导轨完成上下运动, 把货物举升到较高的位置, 完成货物的堆放。由此看来外门架是叉车的主要受力部件, 外门架的设计对叉车的性能产生很大的影响。

2 叉车外门架有限元模型的建立

2.1 外门架的三维造型

一般来说, 建立有限元模型的原则是既能体现被分析结构的力学性能, 又要尽量地使模型简化。文章采用三维建模软件SolidWorks进行实体建模, 如图1所示。然后将模型直接无缝导入Ansys-workbench软件中, 对外门架的强度和变形进行有限元分析, 为下一步结构的改进提供可靠的计算依据。

2.2 有限元网格划分

根据实际模型, 文章使用三维实体单元来划分模型网格, 同时为了提高计算精度, 实体单元网格划分采用六面体网格进行统一划分, 划分网格后该模型共包含10668个单元和40880个节点。如图2所示。

2.3 载荷计算及施加边界条件

在叉车起重系统中外门架的受力较复杂, 合理的载荷处理以及约束是有效进行有限元分析的基本条件。货叉、货叉架和货物的质量以弯矩的形式由外门架的槽钢承受, 倾斜油缸安装在外门架油缸支座上, 起升油缸安装在外门架下横梁的油缸支座上, 下横梁油缸支座后端与前桥通过连接轴相连。文章在做约束处理时, 把外门架与前桥铰接处作为一个固定铰支座, 在ANSYS中边界条件处理时放开绕固定轴转动的自由度, 门架与倾斜液压缸铰接处可作为一个活动铰支座进行约束, 在ANSYS中可以约束门架与倾斜液压缸铰接处液压缸运动方向的位移。门架自身重力可以自重形式施加。已知叉车的额定起重量为2.5吨, 载荷中心距为500mm, 货叉上的重物载荷可采用集中力的形式施加。内门架总成的质量为150kg、单个货叉质量为56kg、链条及其他重量为35kg。根据叉车具体作业工况, 经过分析认为, 计算叉车外门架强度时, 门架起升到位, 同时前倾到位, 此时工况为最危险工况, 因此选取此工况进行加载计算。

3 有限元结果分析

在最危险工况即起升到位和前倾到位的复合情况下, 外门架的应力分布云图如图3所示, 最大等效应力为123MPa, 门架的材料为Q345B, 取安全系数1.5, 求得许用应力为230MPa, 计算出的最大等效应力小于材料的需要应力。外门架的变形为2.28mm, 小于规定值, 图4所示。因此得出叉车的外门架是安全的。

4 结束语

文章通过对叉车外门架的有限元分析, 可以判断出叉车在起升货物时最不利工况下的应力分布以及变形等情况, 为设计叉车外门架的寿命和供货质量提供了保证, 同时为外门架的进一步优化提供了参考, 具有一定的工程意义。

参考文献

[1]陆植.叉车设计[M].北京:机械工业出版社, 1998.

[2]陶元芳, 卫良保.叉车构造与设计[M].北京:机械工业出版社, 2010.