關(guān)于套筒連接機(jī)構(gòu)的靜力數(shù)值仿真分析論文

　　靜力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律，以及如何建立各種力系的平衡條件。平衡是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特殊形式，嚴(yán)格地說(shuō)，物體相對(duì)于慣性參照系處于靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，即加速度為零的狀態(tài)都稱為平衡。對(duì)于一般工程問(wèn)題，平衡狀態(tài)是以地球?yàn)閰⒄障荡_定的。靜力學(xué)還研究力系的簡(jiǎn)化和物體受力分析的基本方法。以下是學(xué)習(xí)啦小編今天為大家精心準(zhǔn)備的：關(guān)于套筒連接機(jī)構(gòu)的靜力數(shù)值仿真分析相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!

　　關(guān)于套筒連接機(jī)構(gòu)的靜力數(shù)值仿真分析全文如下：

　　有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，由于其方便性、實(shí)用性和有效性而成為一種應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的數(shù)值分析方法。ANSYS軟件是有限元分析最常用的一種軟件，極強(qiáng)的分析功能覆蓋了幾乎所有的工程問(wèn)題，在我國(guó)也得到了廣大用戶的承認(rèn)和推崇。本文通過(guò)ANSYS軟件對(duì)套筒連接機(jī)構(gòu)在載荷下的變形和應(yīng)力進(jìn)行了研究，并通過(guò)一種新的方法獲得了無(wú)法直接從云圖中得到的套筒自身的相對(duì)彎曲變形的最大值，新方法對(duì)ANSYS分析后處理中的變形云圖進(jìn)行一定處理后導(dǎo)入AutoCAD軟件中進(jìn)行關(guān)鍵尺寸的測(cè)量，從而可以得到套筒的變形對(duì)套筒內(nèi)部功率傳輸設(shè)備的影響。

　　1、分析模型的建立與工作載荷條件

　　1.1套筒連接機(jī)構(gòu)分析模型的建立

　　之前通過(guò)UG建模軟件已經(jīng)對(duì)套筒連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)建模，而在ANSYS有限元數(shù)值仿真分析中，需要對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，保留模型的主要承載機(jī)構(gòu)和零部件之間的連接特征，去除細(xì)小的無(wú)關(guān)緊要的零部件和特征，如小孔特征和螺釘零件等，這樣有利于有限元網(wǎng)格的劃分和計(jì)算機(jī)資源的合理利用，并且不會(huì)影響主承載部件的分析精度。經(jīng)過(guò)適當(dāng)簡(jiǎn)化之后，獲得的套筒連接機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化模型。套筒中間為通孔式結(jié)構(gòu)，功率傳輸設(shè)備通過(guò)套筒內(nèi)的通孔，套筒對(duì)功率傳輸設(shè)備進(jìn)行防護(hù)，套筒端面2連接固定于工作時(shí)存在平移位移載荷的部件，套筒端面1連接固定到支撐機(jī)架上，支撐機(jī)架通過(guò)底部固定位置可靠固定。套筒由五段組成，彼此通過(guò)螺栓螺母連接在一起構(gòu)成一整體套筒。套筒連接機(jī)構(gòu)主要由套筒和支撐機(jī)架組成，將簡(jiǎn)化后的模型通過(guò)接口從UG 中導(dǎo)入ANSYS中，就可以進(jìn)行數(shù)值仿真分析。

　　1.2套筒連接機(jī)構(gòu)工作載荷條件

　　在工作時(shí)，套筒連接機(jī)構(gòu)端面2由于受外界載荷的作用會(huì)產(chǎn)生一定量的形變，當(dāng)套筒連接機(jī)構(gòu)的變形使得套筒的相對(duì)彎曲變形過(guò)大時(shí)，會(huì)使功率傳輸設(shè)備發(fā)生彎曲變形，從而影響到功率傳輸設(shè)備的正常工作。需要說(shuō)明的是，在套筒根部和支撐機(jī)架連接處在載荷作用下發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)時(shí)，套筒內(nèi)部的功率傳輸設(shè)備會(huì)隨之旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，就是說(shuō)功率傳輸設(shè)備相對(duì)套筒兩端面有自定心作用，也就是說(shuō)功率傳輸設(shè)備所在的直線始終會(huì)通過(guò)套筒兩端面的圓心。功率傳輸設(shè)備與套筒通孔的最小直徑差距為0.52mm，因此對(duì)功率傳輸設(shè)備影響最大的就是在載荷作用下套筒自身的彎曲變形程度，驗(yàn)證套筒的彎曲變形能否引起功率傳輸設(shè)備的彎曲變形，這也是最主要的分析考察目的。

　　套筒連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載要求是套筒端面2在承受最大橫向位移載荷(為1mm)的情況下，能保證功率傳輸設(shè)備不發(fā)生彎曲變形，套筒連接機(jī)構(gòu)的位移載荷形式可以看作是套筒端面受約束的橫向平移。

　　2、套筒連接機(jī)構(gòu)的數(shù)值仿真分析

　　導(dǎo)入ANSYSWorkbench中的模型，通過(guò)材料定義、接觸定義、網(wǎng)格劃分、邊界條件和載荷施加、有限元求解等一系列過(guò)程就可以完成對(duì)套筒連接機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)數(shù)值仿真分析，并通過(guò)對(duì)分析結(jié)果的討論和研究得出相關(guān)結(jié)論。

　　2.1材料與接觸定義

　　由于套筒與功率傳輸設(shè)備之間的間隙很小，因此套筒和機(jī)架材料的選擇就比較苛刻，要選擇剛度和硬度較好的材料，其中套筒使用材料為不銹鋼2Cr13，其余承載機(jī)架使用材料為鈦合金TA2，在ANSYSWorkbench分析中分別給各個(gè)零部件賦予正確材料。

　　由于分析模型是裝配體，因此定義各個(gè)零部件之間的接觸關(guān)系至關(guān)重要，套筒連接機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化后的零部件之間的接觸基本為綁定接觸方式，ANSYSWorkbench軟件中全部接觸會(huì)自動(dòng)設(shè)為綁定接觸方式，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際接觸情況的不同進(jìn)行修改和刪除操作，在這里將套筒連接機(jī)構(gòu)模型中的所有接觸均設(shè)為綁定接觸方式，這樣可以有效地等效產(chǎn)品實(shí)際裝配中采用的螺栓螺母等連接形式。

　　2.2網(wǎng)格劃分

　　統(tǒng)籌考慮計(jì)算機(jī)資源和分析精度要求，最后模型統(tǒng)一劃分為六面體網(wǎng)格，支撐機(jī)架和套筒的網(wǎng)格劃分。支撐機(jī)架和套筒的網(wǎng)格單元尺寸均為20mm，在零部件接觸處使用單元尺寸10mm，這樣大小的網(wǎng)格相對(duì)于模型大小和分析精度來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。

　　2.3邊界條件與載荷施加

　　邊界條件為在支撐機(jī)架底面四個(gè)圓面固定處施加固支約束。

　　在套筒端面與天線體連接端施加位移載荷。加載方向?yàn)檠靥淄捕嗣鏅M向，大小為1mm，并與水平面方向平行。

　　2.4求解分析結(jié)果

　　在套筒端面施加1mm的橫向位移載荷條件下得到的機(jī)構(gòu)整體和套筒變形可知，最大變形為1mm，最大變形位置在套筒端面和靠近套筒端面的位置。

　　在連接支撐套筒端部施加1mm

　　的橫向位移載荷條件下得到的機(jī)構(gòu)整體和套筒等效應(yīng)力可知，最大等效應(yīng)力為14.575MPa，遠(yuǎn)小于材料的屈服極限，可見(jiàn)整體結(jié)構(gòu)和套筒均處在彈性變形階段。

　　3、套筒彎曲變形程度的測(cè)量

　　以上分別獲得了套筒連接機(jī)構(gòu)在橫向載荷作用下的變形和應(yīng)力云圖，而最關(guān)注的套筒自身的相對(duì)彎曲變形的最大值卻無(wú)法從云圖中直接獲得，由于套筒并非是均勻形狀，每一段套筒的形狀有所差別，因此套筒剛度不均勻，套筒的變形比較復(fù)雜，無(wú)法采用簡(jiǎn)單均勻的懸臂梁進(jìn)行等效，也無(wú)法利用材料力學(xué)中的相關(guān)懸臂梁變形計(jì)算公式直接計(jì)算得到。因此本文采取一種新方法，對(duì)套筒連接機(jī)構(gòu)分析后處理中的變形云圖進(jìn)行變形程度放大處理后導(dǎo)入AutoCAD軟件中進(jìn)行關(guān)鍵尺寸的測(cè)量。

　　由于套筒自身的彎曲變形程度很小，因此在ANSYS后處理中將套筒的彎曲變形程度放大1100倍，并顯示套筒未承載變形前的位置狀態(tài)，然后將變形云圖導(dǎo)入AutoCAD中。在AutoCAD中分別繪制出套筒變形前、后的中心線，已經(jīng)知道套筒端面中心變形為橫向平移1mm，通過(guò)CAD中尺寸測(cè)量可以得到套筒相對(duì)彎曲變形的最大值與端面橫向平移大小的比例關(guān)系，從而通過(guò)計(jì)算可以得到套筒彎曲變形后自身的相對(duì)彎曲變形的最大值為0.148mm，由于套筒的彎曲程度已經(jīng)被放大了1100倍，因此采用此種測(cè)量方法的測(cè)量誤差較小，可以采信。

　　通過(guò)零部件尺寸公差計(jì)算得知套筒內(nèi)孔內(nèi)徑和功率傳輸設(shè)備在直徑方向的最小間隙為0.52mm，由于功率傳輸設(shè)備和套筒兩端面之間的自定心作用，因此在半徑方向的最小間隙為0.26mm，由上得知套筒自身的相對(duì)彎曲變形的最大值為0.148mm，可知套筒的彎曲變形沒(méi)有使功率傳輸設(shè)備發(fā)生彎曲變形，不會(huì)影響功率傳輸設(shè)備的正常工作，因此滿足之前設(shè)定的套筒連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載要求。

　　4、結(jié)論

　　本文以套筒連接機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，將三維建模軟件UG、有限元分析軟件ANSYS和繪圖軟件AutoCAD有機(jī)結(jié)合起來(lái)，對(duì)套筒連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靜力有限元數(shù)值仿真分析，通過(guò)UG三維建模、ANSYS有限元數(shù)值仿真分析、AutoCAD測(cè)量關(guān)鍵結(jié)果，完成了對(duì)套筒連接機(jī)構(gòu)在位移載荷作用下相對(duì)彎曲變形對(duì)功率傳輸設(shè)備影響情況的評(píng)估，驗(yàn)證了套筒連接機(jī)構(gòu)的承載可靠性。