基于有限元分析的锁紧支架结构优化设计 刘金标 (宜昌测试技术研究所,湖北 宜昌 443003) 首先使用Pro/E软件建立了锁紧支架的三维模型,然后应用集成于Pro/E内的ANSYS Workbench软件对锁紧支架进行有限元分析,并根据分析结果对结构进行改进和优化,对材料进行重新选定,以达到设计要求。最后用实例证明,锁紧支架的强度、刚度和质量满足要求,既缩短了研发周期,又降低了制造成本。
锁紧支架是某水下设备中极为重要的零件,安装在支撑壳体内,通过安装在其上的液压缸活塞杆的伸出,锁紧固定盖板,实现盖板与支撑壳体之间的水密。由于锁紧支架位于水下设备的上方,其质量大小对设备的姿态稳定性影响很大,故其在满足足够的强度和刚度[1] 要求的同时,质量应尽可能小。由于锁紧支架受力复杂,结构形状不规则,故理论计算存在很大的难度,为节约成本和缩短研发周期,本文采用Pro/E进行三维建模,利用集成其内的ANSYS Workbench[2]对锁紧支架进行有限元分析,并不断优化,直至设计出合格的产品。
1〓锁紧支架的结构设计 锁紧支架结构形状不规则,质量要求苛刻,主要存在如下特征:与支撑壳体相连的安装面,液压缸的安装面以及液压缸活塞杆导向槽。设计导向槽的目的是为了防止活塞杆在伸出过程中发生转动。锁紧支架在支撑壳体上的装配示意图如图1所示,锁紧支架结构示意图如图2所示。〖HT6〗
2〓有限元分析模型 2.1有限元模型的建立 为了建立合理、精准的有限元力学模型,采用Pro/E软件建立的三维模型在导入ANSYS Workbench前需要先进行模型简化处理:对主要的承载部位及其结构,尽量保证原结构的形状和位置,保证计算模型的几何特征、力学特征和真实情况相〖TP28901.TIF,+56.5mm〗 图1〓锁紧支架装配示意图 〖TP28902.TIF,+37mm〗 图2〓锁紧支架结构示意图 近;非主要承载部位及其结构不予考虑或予以简化,比如去掉各种螺钉孔,以提高网格质量,加快计算速度。 暂定锁紧支架所用材料为1Cr18Ni9Ti,该材料相关参数如下:拉伸强度σb为520.0MPa、屈服强度σs为205.0MPa、弹性模量为206.00GPa,切变模量为79.23GPa,泊松比为0.3,密度为......
作者简介:刘金标(1982—),男,湖北宜昌人,宜昌测试技术研究所工程师,硕士,主要从事机械产品开发与设计工作。
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