在支架底座的有限元分析流程中,一般把墊塊對支架底座的作用當做邊界條件處理,在墊塊下表面用fix support命令設置約束,頂梁頂板與試驗臺活動梁直接接觸,頂梁頂板的3個平移自由度被約束,同樣使用fix support約束。根據(jù)標準設定液壓支架的試驗高度,對柱窩處施加載荷。液壓支架柱窩受到柱頭給它的壓力,由于柱頭與柱窩間接觸的影響使得壓力分布變得相當復雜,為了更好地模擬這種情況,保證分析的準確性,在建模時各保留一段立柱,設定柱頭與柱窩的接觸,將等效載荷垂直加載到立柱的截面上,上下立柱截面上的載荷分別為89 MPa和36 MPa,通過柱頭將載荷傳遞給柱窩。
(1)粘接處理方式因為銷軸聯(lián)接在液壓支架受載時的變形非常小,在建模時可以將銷軸以及銷軸聯(lián)接的結(jié)構件建成一個整體,這種處理方式對于整體結(jié)構影響不大,并且節(jié)省計算機資源,但這種方式只適合小變形的情況。在某些情況下,支架銷軸聯(lián)接處的變形可達10 mm,此時使用這種方法顯然會造成分析的不精確;
(2)利用Ansys Workbench提供的運動副此方法不用做出銷軸的三維模型,只需在鉸接處添加Revolute(旋轉(zhuǎn)副)處理各部件的關系。此方法的優(yōu)點是對整架的應力分布影響大不,基本可以符合分析要求。但不能準確反映鉸接部位的應力。
(3)把銷軸聯(lián)接當做接觸問題處理Ansys Workbench相對于其經(jīng)典界面,簡化了接觸問題的設置過程,易于工程人員的理解和使用,利用Ansys Workbench提供的接觸設置,將銷軸面設置為接觸面,將銷孔面設置為目標面,從面為銷軸和銷孔設定接觸對,同時選擇增廣拉格朗日方法計算接觸,保證非線性計算能夠收斂。此方法保證了計算的準確性,但非線性問題需要迭代求解,會花費較長的計算時間。
為了確保分析的準確性,本研究采用第3種方法。
根據(jù)液壓支架在有限元分析后的應力分布色譜圖得出,應力主要集中在底座、前后連桿和掩護梁上,頂梁上應力的分布很少。
(1)底座的應力分布
底座承受的最大應力為1143.9 MPa,出現(xiàn)在過橋板下方右面拐角處;內(nèi)側(cè)主肋板中間與加強板上的應力值也較大,達到653.64 MPa,各蓋板上的應力在408.53 MPa;
(2)后連桿和掩護梁的應力分布;
在底座扭轉(zhuǎn)的情況下,兩者的應力最大值均約為700 MPa,出現(xiàn)在鉸接孔處,其他蓋板上的應力值都相對較小,不超過300 MPa;
此液壓支架主要部件由Q460結(jié)構鋼組成,根據(jù)分析結(jié)果,支架部分位置會產(chǎn)生破壞,建議將應力較大處的主肋板換成屈服強度較大的高強度鋼
(1)使用有限元方法可以快速地獲得液壓支架的應力分布情況,但如果想完全模擬井下的真實環(huán)境進行壓架試驗還是不可能實現(xiàn)的,隨著有限元技術的發(fā)展,該方法的使用必然會得到很大推廣;
(2)銷軸聯(lián)接的處理方法多種多樣,接觸處理方式雖然精確,但非線性問題的收斂性不容易解決,可根據(jù)實際問題選擇合適的方法;
(3)在條件允許的情況下,對過橋板進行結(jié)構修改,避免大應力的產(chǎn)生。在應力較大的部分采用高強度鋼板,確保井下的安全生產(chǎn)。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結(jié)構優(yōu)化│技術服務與解決方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司www.hwjj.net,轉(zhuǎn)載請注明出處和相關鏈接!