基于ANSYS多功能搶險救援車轉(zhuǎn)臺有限元分析

張國仙 李軍 李金川

摘 ? 要：以某型多功能搶險救援車為研究對象，應(yīng)用PROE軟件建立多功能搶險救援車轉(zhuǎn)臺三維模型。根據(jù)轉(zhuǎn)臺工作狀態(tài)受力情況，對轉(zhuǎn)臺進行靜力和穩(wěn)定性分析，計算得到轉(zhuǎn)臺應(yīng)力、應(yīng)變分布和特征值參數(shù)。通過分析計算結(jié)果可知，轉(zhuǎn)臺的強度、剛度及穩(wěn)定性均滿足設(shè)計要求，為多功能搶險救援車轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多功能搶險救援車 ?轉(zhuǎn)臺 ?應(yīng)力 ?應(yīng)變 ?穩(wěn)定性

中圖分類號：TH213.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0071-02

多功能搶險救援車是一種特種應(yīng)急救援設(shè)備，以救人功能為主，還可以實現(xiàn)重物起吊、鋼筋剪切、縫隙擴張、重物拖拽等功能。轉(zhuǎn)臺作為多功能搶險救援車核心結(jié)構(gòu)之一，擔(dān)負著承重、搭載其余結(jié)構(gòu)的功能。因此轉(zhuǎn)臺設(shè)計須具備足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性以保證其具有承受各種工況的能力。目前轉(zhuǎn)臺分析研究只是局部改良轉(zhuǎn)臺的承載強度，沒有進行穩(wěn)定性分析。本文結(jié)合工程項目，采用CAD/CAE技術(shù)，對轉(zhuǎn)臺進行有限元分析，獲得轉(zhuǎn)臺應(yīng)力應(yīng)變情況及前4階特征值，分析驗證轉(zhuǎn)臺是否滿足設(shè)計要求，為多功能搶險救援車設(shè)計提供理論依據(jù)。

1 ?多功能搶險救援車轉(zhuǎn)臺有限元模型創(chuàng)建

1.1 轉(zhuǎn)臺幾何模型

根據(jù)轉(zhuǎn)臺上機構(gòu)和設(shè)備的布置要求，轉(zhuǎn)臺主體設(shè)計為鋼板組焊接成的承壓構(gòu)件。采用單層立板加局部箱型的結(jié)構(gòu)形式。三維模型建立采用參數(shù)化設(shè)計軟件PROE。

1.2 計算分析前處理

1.2.1 幾何模型處理

采用ANSYS Workbench分析時，因為軟件有自動設(shè)置模型接觸的功能，在對模型處理時，保證板與板之間的連接無間隙，無干涉;并將零件上的螺紋孔去除或用光孔代替;隱含不影響結(jié)果的小件、倒角、坡口。

1.2.2 定義材料屬性、接觸

轉(zhuǎn)臺材料選用結(jié)構(gòu)鋼Q550D，其屈服強度為550MPa，楊氏模量為206GPa，泊松比為0.3，密度為7850kg/m3。ANSYS Workbench自動生成接觸，接觸間隙設(shè)置為0.1mm。

1.2.3 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分整體采用自動劃分方式，網(wǎng)格大小控制在20～30mm。

2 ?建立轉(zhuǎn)臺載荷邊界條件

對轉(zhuǎn)臺進行分析時，根據(jù)轉(zhuǎn)臺的工作狀況，設(shè)置分析參數(shù)。主要考慮的因素為位移約束與加載力。

（1）轉(zhuǎn)臺通過底板上的螺栓固定在回轉(zhuǎn)支撐上，在施加約束時，將座圈下表面的節(jié)點6個自由度施加全約束。

（2）選取變幅油缸推力最大值工況進行計算。最大值工況計算參數(shù)如表1所示，轉(zhuǎn)臺受載參數(shù)如表2所示。

3 ?計算結(jié)果分析

3.1 靜力分析

應(yīng)用軟件ANSYS Workbench分析計算，得到轉(zhuǎn)臺應(yīng)力云圖。

多功能搶險救援車轉(zhuǎn)臺最大應(yīng)力值為410MPa，轉(zhuǎn)臺材料屈服極限為550MPa，根據(jù)強度安全系數(shù)計算公式

可得強度安全系數(shù)n=1.36，大于1，說明轉(zhuǎn)臺強度滿足設(shè)計要求。

多功能搶險救援車轉(zhuǎn)臺后尾變形最大，為0.97mm<允許變形量10mm，因此轉(zhuǎn)臺剛度性能也滿足設(shè)計要求。

3.2 穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性分析能有效地幫助設(shè)計者模擬轉(zhuǎn)臺的屈曲載荷、失穩(wěn)模態(tài)等，保證轉(zhuǎn)臺的可靠性。本文采用特征值屈曲分析方法設(shè)置求取4階模態(tài)。

穩(wěn)定性分析結(jié)果得到轉(zhuǎn)臺1到4階特征值如表3所示。

根據(jù)分析結(jié)果，轉(zhuǎn)臺屈曲的最小特征值為14.7，根據(jù)《起重機轉(zhuǎn)臺計算分析規(guī)范》，特征值大于1.4時轉(zhuǎn)臺穩(wěn)定性滿足要求，因此轉(zhuǎn)臺滿足穩(wěn)定性要求。

4 ?結(jié)語

本文運用Pro/E軟件建立了轉(zhuǎn)臺的三維模型，并應(yīng)用軟件ANSYS Workbench對轉(zhuǎn)臺進行了靜力和穩(wěn)定性分析。經(jīng)過分析可知，轉(zhuǎn)臺有足夠的安全度且滿足穩(wěn)定性要求，因此轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求，為多功能搶險救援車設(shè)計提供理論依據(jù)。

參考文獻

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