受塞纳自动梯(佛山)有限公司委托,由安世亚太广州分公司使用ANSYS14.0软件对台山工装进行强度分析。其目的在于:计算台山工装在极限工况下的强度情况,是否满足使用要求。
图1 计算坐标系
本次分析采用的坐标系如上图所示,X方向为宽度方向,Y方向为长度方向,Z方向为安装面法向。
本次分析模型由塞纳自动梯(佛山)有限公司提供,如下图所示:
图2 工装几何模型
图3 工况及加载
如下图所示,工装在A、C、D、F处分别承载15吨重量,B、E处分别承受1.5吨重量,并且整体承受重量的影响,同时在G、N、O、M由千斤顶支撑。
2.3边界条件
根据上述实际情况,根据图3进行加载。为了更好的模拟千斤顶对工装的支撑作用,约束部位采用Remote Displacement选项,约束Y向的位移。
整个计算过程中所采用的单位系统为:长度-毫米(mm);质量-吨(t);力-牛顿(N);时间-秒(sec);导出单位:密度-吨/毫米3 ( t/ mm3);弹性模量-牛/毫米2 (N/mm2),即MPa;应力-牛/毫米2 (N/mm2) ,即MPa。
委托方提供的材料力学性能数据如下表所示
表1 材料力学参数
根据台山工装的结构特点,生成高质量的网格。选择不同单元类型进行网格划分:台山装配面采用实体壳单元(SOLID-SHELL190),减少网格数量;宽度方向的工字梁采用10节点四面体单元(Solid187)进行网格划分;其他部件均采用六面体单元(Solid186)进行网格划分。定义材料后,对整体进行网格划分,总单元数94123个,总节点数254638个。整体有限元计算模型如下图所示:
图4 有限元模型
图5 有限元模型
根据相关规范对工装进行校核,Q235材料的屈服极限为235Mpa,取安全系数为0.83,则许用应力为195Mpa。另外,工装的变形比不能低于200,根据上述要求对其进行校核。
对于强度计算结果,工装在极限工况下的最大应力为125Mpa,对计算进行分析可知,最大应力为网格质量引起,其周围应力最大为76.382Mpa。计算安全系数:
全系数=195/125=1.56>1
对于刚度计算结果,工装在极限工况下的最大变形为12.29mm,工装总长为3300mm,根据规范进行校核:
变形比=3300/12.29=268.5>200
从上述计算结果可知,工装在极限工况下的强度满足设计规范要求。