基于workbench某吊耳有限元计算（垂向加载法）
正文共： 964字 9图 预计阅读时间： 3分钟1 前言吊耳是各类装备特别是大型、重型装备中非常重要的结构，它关系着设备的运输、安装作业中的安全。吊耳最基本的要求就是具备足够的强度实现设备的吊装，避免发生安全事故。吊耳的强度计算通常采用理论方法结合经验公式，主要包括：吊耳孔与销轴的挤压强度、吊耳各危险截面的强度校核、焊缝强度校核等三个方面[1]。其中，吊耳孔壁挤压应力的计算通常采用著名的拉曼公式，但是拉曼公式一般仅仅适用于销轴与吊耳孔径相差不大的情形，一般要求两者差值不超过吊耳孔径的0.02倍。实际上，采用有限元计算吊耳强度，完整的做法是把销轴也一起建模，考虑销轴与吊耳孔内壁摩擦接触，此做法最大程度模拟真实的情况。但是，这种摩擦接触是非线性问题，极大增加了计算量和难度。研究发现，销轴和吊耳接触面所受的垂向力分布近似于正弦曲线[3]。因此，工程上通常用加载正弦垂向力的方法来模拟吊耳内壁所受的载荷[3,4,5]，这种做法大大减小了计算量和难度。需要注意的是，这种做法在有限元计算中，是将载荷加载在节点上，因此吊耳的离散网格越接近结构化越好。另外，由于载荷是加载在吊耳内部的上半部分，因此建模时建议将上半面单独切出来，便于网格划分时节点布置。今天，我们做一个简单的案例计算。2 建模与网格计算对象为下图所示某个吊耳，注意，网格划分时吊耳孔壁的节点接近结构化。3 求解设置我们考虑如下的垂向载荷，即各节点的垂向载荷满足如下关系式，该关系式表征的是以吊耳孔圆心为原点位置，内壁面随y的变化（y的范围为y0~y0+0.5D，对应角度0°~180°）产生的垂向正弦力（如下图），其中k为载荷系数，为未知量，根据节点数和各个节点的坐标，按一下关系式可以求得。本案例一共22个节点组，每组节点数11个，总载荷25000N，因此可求得k为137.3N。对上述各个节点施加y向载荷，注意载荷是作用在节点上，这个操作相对繁琐。对吊耳底板施加固定约束。4 计算结果位移云图如下，最大位置出现在吊耳内部顶部。等效应力云图如下，取x轴中心面，吊耳孔各个角度的应力曲线如下图，可以看出最大应力出现在20°和160°附近。固定约束的反力如下，等于吊耳的总载荷。参考文献[1]基于FEA的钢箱梁吊装施工吊耳有限元分析[2]基于有限元仿真的发动机吊耳强度分析[3]吊耳局部有限元建模技术分析[4]基于有限元法的船体吊耳数值仿真计算[5]承船厢吊耳的局部应力分析研究来源：仿真与工程
