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支架底座的有限元分析流程先容

发布于:2018-02-27 21:11
有限元分析

       在支架底座的有限元分析流程中,一般把垫块对支架底座的作用当做边界条件处理,在垫块下表面用fix support命令设置约束,顶梁顶板与试验台活动梁直接接触,顶梁顶板的3个平移自由度被约束,同样使用fix support约束。根据标准设定液压支架的试验高度,对柱窝处施加载荷。液压支架柱窝受到柱头给它的压力,由于柱头与柱窝间接触的影响使得压力分布变得相当复杂,为了更好地模拟这种情况,保证分析的准确性,在建模时各保留一段立柱,设定柱头与柱窝的接触,将等效载荷垂直加载到立柱的截面上,上下立柱截面上的载荷分别为89 MPa和36 MPa,通过柱头将载荷传递给柱窝。
       (1)粘接处理方式因为销轴联接在液压支架受载时的变形非常小,在建模时可以将销轴以及销轴联接的结构件建成一个整体,这种处理方式对于整体结构影响不大,并且节省计算机资源,但这种方式只适合小变形的情况。在某些情况下,支架销轴联接处的变形可达10 mm,此时使用这种方法显然会造成分析的不精确;
       (2)利用Ansys Workbench提供的运动副此方法不用做出销轴的三维模型,只需在铰接处添加Revolute(旋转副)处理各部件的关系。此方法的优点是对整架的应力分布影响大不,基本可以符合分析要求。但不能准确反映铰接部位的应力。
       (3)把销轴联接当做接触问题处理Ansys Workbench相对于其经典界面,简化了接触问题的设置过程,易于工程人员的理解和使用,利用Ansys Workbench提供的接触设置,将销轴面设置为接触面,将销孔面设置为目标面,从面为销轴和销孔设定接触对,同时选择增广拉格朗日方法计算接触,保证非线性计算能够收敛。此方法保证了计算的准确性,但非线性问题需要迭代求解,会花费较长的计算时间。
       为了确保分析的准确性,本研究采用第3种方法。
       根据液压支架在有限元分析后的应力分布色谱图得出,应力主要集中在底座、前后连杆和掩护梁上,顶梁上应力的分布很少。
       (1)底座的应力分布
       底座承受的最大应力为1143.9 MPa,出现在过桥板下方右面拐角处;内侧主肋板中间与加强板上的应力值也较大,达到653.64 MPa,各盖板上的应力在408.53 MPa;
       (2)后连杆和掩护梁的应力分布;
       在底座扭转的情况下,两者的应力最大值均约为700 MPa,出现在铰接孔处,其他盖板上的应力值都相对较小,不超过300 MPa;
       此液压支架主要部件由Q460结构钢组成,根据分析结果,支架部分位置会产生破坏,建议将应力较大处的主肋板换成屈服强度较大的高强度钢
       (1)使用有限元方法可以快速地获得液压支架的应力分布情况,但如果想完全模拟井下的真实环境进行压架试验还是不可能实现的,随着有限元技术的发展,该方法的使用必然会得到很大推广;
       (2)销轴联接的处理方法多种多样,接触处理方式虽然精确,但非线性问题的收敛性不容易解决,可根据实际问题选择合适的方法;
       (3)在条件允许的情况下,对过桥板进行结构修改,避免大应力的产生。在应力较大的部分采用高强度钢板,确保井下的安全生产。


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