《基于ANSYS—workbench的液压支架立柱的有限元分析》
本文是关于有限元分析类论文范文素材跟有限元分析和workbench和液压支架立柱方面论文范例.
[摘 要]本文根据ZY8000/16/30型掩护式液压支架立柱,用两种方法校核立柱的稳定性.第一种是通过理论计算得到立柱的安全系数,從而知道立柱的稳定性.第二种是利用有限元分析软件ANSYS-Workbench 对立柱进行1.2倍中心载荷强度和缸内膨胀压力均布载荷分析,得到了整个支柱的受力与变形位移情况,不仅得到立柱的安全系数,还能为下一步的立柱优化设计供理论依据.
[关键词]液压支架；立柱；有限元分析
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0126-01
1模型的建立
ZY8000/16/30型液压支架的立柱的基本参数有,立柱的额定供液压力F1等于31.5MPa,立柱的额定工作压力F2≤44MPa,立柱初撑力F3等于3206KN,额定工作阻力F4≤4500KN,行程S≤1300mm.缸体材料为27SiMn无缝钢管,抗拉强度σb等于980MPa,屈服强度σs等于835MPa.材料的许用应力[σ]等于196MPa.由于立柱结构复杂,需要对该立柱进行结构简化,去除影响小的倒角、小孔以及不受力的附件通液管、管座等,最后得到的简化后的立柱截面几何模型.
2立柱稳定性分析
参照双伸缩立柱的受力状态[4],可将立柱简化为一个受纵向载荷作用并通过端面形心或偏离形心,具有变断面和初挠度的纵向弯曲梁,其简单的力学模型如图1所示.轴向载荷F分别作用于立柱上下两端面,活柱中心线与水平中心线夹角为α,外缸中心线与水平中心线夹角为β；立柱缸壁重合段为P2,P4,其余部分为P1P5,对应各段惯性矩为I1I2I3I4I5,其中由此力学模型分析立柱受力情况
（1）当轴向载荷与立柱中心线不重合产生轴向压力.
（2）在轴向压力下,立柱产生横向的附加弯矩.
（3）当立柱内充满液压油,外缸与中缸收到液压涨力立柱细长比影响临界载荷.
（4）利用等截面法计算立柱的稳定性.根据欧拉公式得立柱的临街载荷PK.
式中：PK为活塞杆纵向弯曲破坏的临界载荷N；n为末端条件系数,由于液压支架立柱为两端铰接,n等于1；E活塞杆材料的弹性模量,对于27SiMn,E等于2.07×1011Pa；I活塞杆的转动惯量m4.L活塞杆计算长度,即活塞杆伸出最大长度时,活塞杆端点到液压缸安装点之间的距离.
φMM4为活塞杆直径,φMM14空心为活塞杆外径m, φMM24空心为活塞杆内径m.立柱各段惯性矩的计算.外缸径外壁D1等于420mm,外缸径内壁D2等于360mm,中缸径内壁D3等于270mm,中缸径外壁D4等于340mm,活柱外壁D5等于230mm,活柱内壁D6等于25.4mm.
由于立柱各段惯性矩不等,根据欧拉公式PK等于 ,用最小的惯性矩计算出的结果是安全的.将上式计算的最小惯性矩为13729×10-8m4代入欧拉公式（1）得
安全系数n等于 等于3.8
如果立柱在工作中受压,当立柱缸筒长度与直径的比值大于15时,则必须对立柱进行稳定性验算,并且保证安全系数n应大于2,本文中安全系数n等于3.8>2,所以该立柱稳定.
3立柱有限元分析
（1）约束及载荷施加
立柱外缸底球面和底座柱窝球面接触,活柱球面和顶梁柱窝球面接触,所以在外缸底和活柱端面施加固定约束.在实际工况中立柱所受的力包括沿着轴心的轴向压力和缸内液压油对油缸的扩张力.本在才用内加载方式,立柱全部伸出1.2倍立柱工作阻力轴向加载集中力载荷,由于两个立柱平均承担载荷,故结果除以2.
缸体内液压油对缸内壁的膨胀压力,即立柱内部施加均匀压力（外缸施加压力P1,中缸施加压力P2,外缸和中缸面积为S1和S2）根据流体力学[7]
（2）求解及结果分析
双伸缩立柱柱体材料为弹性模量E等于2.07×1011Pa,求解后的应力,最大应力为385MPa<835MPa,安全系数n= =2.16,满足强度要求.
可以看出理论计算与软件分析存在一定差距,在实际应用中需要根据经验添加比例系数.使分析的结果更贴近于实际.
立柱最大位移为0.28mm,发生在外缸下部,所以外缸下部容易出现磨损和泄露问题.
最大应变值为0.0019mm,塑性变形发生在外缸中下部,相对于整体而言可以忽略,因此设计能够满足要求.
4结语
立柱是液压支架的关键部件,其性能的高低直接决定了液压支架的可靠性与安全性.本文通过对ZY8000/16/30型液压支架的分析受力分析,用两种方法校核立柱的稳定性.一是通过理论计算得到立柱的安全系数,从而知道立柱的稳定性.二是利用有限元分析软件ANSYS,得到立柱的应力分布图,以及其塑性变形与位移情况,不仅得到其稳定性能,还可快速找到薄弱环节的部位,为进一步改善液压支架结构的受力情况,改进结构,减小支架重量提供一定的理论依据.
参考文献
[1]王国法.液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社,1999.
综上资料，本文是一篇大学硕士与有限元分析本科有限元分析毕业论文开题报告范文和相关优秀学术职称论文参考文献资料，关于免费教你怎么写有限元分析和workbench和液压支架立柱方面论文范文.
有限元分析引用文献:
[1] 有限元分析论文范文 关于有限元分析方面在职研究生论文范文10000字
[2] 有限元分析论文范文 关于有限元分析类论文范例2000字
[3] 有限元分析论文范文 有限元分析论文写作参考范文2万字
