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应用ABAQUS进行吊具工装强度分析

ca88亚洲城:2016-12-06 20:07
强度分析

      吊具的安全至关重要,尤其是对于几何尺寸过大、承载较高的专用吊具工装,生产周期长,批量小,试制成本较高,因此通过CAE技术进行结构强度分析并优化,对于提高吊具安全系数,缩短研发周期,减少研发成本有着重要意义。图所示工装为某铁路货车零部件专用吊具工装初始设计模型,该工装主要由焊接骨架和垫板组成,工装长宽尺寸为16320mmX2120mm。产品通过接触作用在2mm垫板上,垫板与骨架以焊接形式连接。
      垫板厚为2mm,刚度相对骨架较小,可以忽略不计;需要吊装的产品总长度与骨架几乎相等,因此在长度方向上,垫板受力均匀;吊装产品虽然和骨架的宽度方向不相等,但该工装长宽比较大,宽度方向的变形量与长度方向相比较小,因此可以假设在宽度方向上受力均匀,因此可以这样简化该工装的力学模型,把产品作用在垫板的压力转化成垫板对骨架的均压力,既避免了复杂的接触运算,又能保证计算结果的可靠性。该设计模型是一个典型梁单元分析模型,根据力学模型简化结果,取经过梁单元截面中心的线框作为梁单元的几何模型,可以选择在CAD软件中建立线框模型然后以igs格式倒入ABAQUS中,也可在ABAQUS中直接建立线框模型,采用一阶剪切变形梁单元B31对梁单元进行网格划分。吊具工装采用Q235材料焊接而成,考虑自重影响,该材质的材料属性如表所示。该梁有两种截面规格,其几何关系及数值如图所示。图中数字“1”、“2”表示梁方向。由于梁壁厚一致,给出一个厚度即可。根据设计数据,给不同的线架赋予不同截面的梁。计算得到线密度载荷P为2.022N/mm。考虑骨架的自重影响,施加自身的重力载荷,边界载荷条件施加,结果如图所示。建立一个静力学分析步,并求解,在后处理模块中开启梁截面渲染选项,可以准确显示梁的截面尺寸,为了更清楚的显示变形情况,将变形显示比例缩放至24倍,其应力、应变结果如图所示。由图可知,该骨架的最大应力为161.9MPa,最大应变为66mm,处于弹性变形范围内,虽未达到Q235的屈服强度,但不符合吊索具设计安全系数要求。
      以初步分析结果为依据,在应力最大位置该添长度方向的梁,并修改截面2的方向,在ABAQUS中直接添加线框,并赋予截面和材料属性。优化后的线框总长度L为88.66m,产品及垫板的总重量G为139190N不变,由式(1)计算得到的线密度载荷P为1.57N/mm,添加边界载荷条件并提交计算。为了方便观察变形情况,将变形显示比例缩放至60倍,图为优化后骨架结构Miss应力云图,从图中可以看出,最大应力为63.21MPa,图为优化后骨架结构的位移云图,从图中可看出,最大位移为26.64mm,变形处于弹性变形内,既满足了工装吊具产品的安全设计要求,也没有产生设计浪费。优化后的线框机构以igs格式导入CAD软件中重新进行设计。
      根据吊具工装的几何与结构特点,采用了B31梁单元类型,简化了力学模型和边界载荷条件,避免进行复杂的接触分析,以ABAQUS初始分析结果为依据,对结构较为薄弱的环节进行优化设计,分析结果表明,优化后的骨架结构最大应力由161.9MPa减少至63.21MPa,最大位移由66mm减少至26.64mm。通过ABAQUS的使用,避免了产品物理样机试制过程,缩短了产品开发周期,节约了研发成本,提高了吊具工装的安全系数,对铁路吊具工装类产品设计具有参考及指导意义。


                                                                                  专业从事机械产品设计│亚洲城88│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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