工装强度分析
1 问题来源与分析目的
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。
2 问题描述
2.1 坐标系
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。
2.1 几何模型
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
2.2载荷工况
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。
3计算模型与计算数据
3.1计算所用单位
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。
3.2 材料数据
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
3.3 计算模型的处理
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
4极限工况计算结果
5计算结果分析
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
6总结
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。
