ansys的破碎錘有限元分析

2013-06-03 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

本文建立了破碎錘的有限單元法,并利用ansys作了計算,通過計算得出以下結(jié)論:活塞的最大等效應(yīng)力發(fā)生在劇烈活塞中心一定距離的圓環(huán)處,而釬桿的最大等效應(yīng)力發(fā)生在內(nèi)邊緣處,且釬桿的最大等效應(yīng)力大于活塞的等效應(yīng)力,這對實際的破碎機設(shè)計有著重要的意義。應(yīng)力在釬桿和活塞中由于應(yīng)力的波傳遞和反射會出現(xiàn)幾個應(yīng)力峰值,但只有首峰值為最大值,因此在實際設(shè)計中只需考慮首峰值的大小。
張洪才來源:e-works
關(guān)鍵字:CAE ansys 有限元破碎錘

1 破碎錘的力學模型
破碎錘是一種將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械沖擊能的破碎機具。在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、市政工程、道路工程等行業(yè)施工中。液壓錘工作環(huán)境惡劣、對零部件結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制造工藝都有相當高的技術(shù)要求。
液壓破碎錘結(jié)構(gòu)如圖1所示,由活塞1,缸體2和釬桿3組車?；钊?在缸體2中以一定的速度V從左向右加速移動,如此反復(fù)。活塞1是將液壓能轉(zhuǎn)化為機械沖擊能的零件,受到液壓力的推動,以一定的沖擊速度撞擊釬桿3,釬桿3再作用到工作對象上(工作的初期破碎錘的釬桿壓在工作對象上,避免空打)。然后活塞再在液壓閥的作用下回到最左端,如此往復(fù),工作頻率可達5~10Hz。圖2和圖3給出了活塞和釬桿模型的尺寸,以便后續(xù)有限元模型的建立。

2 液壓破碎錘的有限元分析
2.1 液壓破碎錘的有限元模型
本文采用solid186單元,來劃分活塞和釬桿模型。活塞、釬桿的材料相同:鋼彈性模量E=2.07e11Pa;密度ρ=7950kg/m³ ;泊松比μ=0.3。邊界條件:碰撞活塞的x方向初始速度為9m/s,其他方向的位移進行約束,釬桿的尾部固定;利用面-面的柔性接觸來模擬活塞和釬桿的碰撞接觸。

2.2 液壓破碎錘的計算結(jié)果及討論
在工程設(shè)計中,只關(guān)心最大應(yīng)力區(qū)域的變化情況,本文中活塞和釬桿的頂部在碰撞過車功能中應(yīng)力變化最為劇烈,因此是本文重點的研究對象,活塞頂部以1140節(jié)點為研究對象如圖5所示:

圖6-圖8分別給出了此節(jié)點的速度、x方向的應(yīng)力,等效應(yīng)力隨時間的變化情況。由圖6可知,活塞頂部1140節(jié)點的速度大小隨時間的先減小后增加,這是由于開始碰撞時速度會減小后來由于釬桿對其反作用,會使其速度反方向增大,圖6的計算結(jié)果是符合工程實際的。由圖7可知,1140節(jié)點處x方向的應(yīng)力大小隨時間先增大后減小然后在零位置處上上下擺動,增大也是因為碰撞造成的,然后分離時應(yīng)力就會減小。在圖8中也可以看出類似的規(guī)律,并且最大的等效應(yīng)力發(fā)生在初始碰撞時刻,即0.00105s時,其大小為0.247273E+09Pa。圖7和圖8中,應(yīng)力出現(xiàn)第2次峰值是由于應(yīng)力波傳至邊界反射造成的,由于物體中存在阻尼,因此第二次峰值小于第一次峰值。

圖9給出了碰撞初始時,活塞頂部局部的等效應(yīng)力云圖,由此圖可知:最大的等效應(yīng)力發(fā)生在距離活塞中心一定距離的圓環(huán)處,并且其值為0.433E+09 Pa,這對實際的工程設(shè)計中有一定的指導(dǎo)意義。

圖11-圖13分別給出了此節(jié)點的速度、x方向的應(yīng)力,等效應(yīng)力隨時間的變化情況。由圖11可知,釬桿頂部7814節(jié)點的速度大小隨時間的先增加后減小,這是由于開始碰撞時速度會為0由于活塞對其作用才會產(chǎn)生運動,圖11的計算結(jié)果是符合工程實際的。由圖12可知,7814節(jié)點處x方向的應(yīng)力大小隨時間先增大后減小然后在零位置處上上下擺動,增大也是因為碰撞造成的,然后分離時應(yīng)力就會減小。在圖13中也可以看出類似的規(guī)律,并且最大的等效應(yīng)力發(fā)生在初始碰撞時刻,即0.00105s時,其大小為0.260489E+09Pa。圖12和圖13中,應(yīng)力出現(xiàn)第2次峰值是由于應(yīng)力波傳至邊界反射造成的,由于物體中存在阻尼,因此第二次峰值小于第一次峰值。
圖14給出了碰撞初始時,活塞頂部局部的等效應(yīng)力云圖,由此圖可知:最大的等效應(yīng)力發(fā)生在距離釬桿里邊緣這是由于在幾何尺寸上的突變造成應(yīng)力劇烈變化,并且其值為0.496E+09 Pa,這對實際的工程設(shè)計中有一定的指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論
    通過以上計算和分析可以得到以下結(jié)論:
(1)利用有限元方法可以很好的捕捉到活塞與釬桿碰撞中應(yīng)力波的傳遞。
    (2)活塞的最大等效應(yīng)力發(fā)生在劇烈活塞中心一定距離的圓環(huán)處,而釬桿的最大等效應(yīng)力發(fā)生在內(nèi)邊緣處,且釬桿的最大等效應(yīng)力大于活塞的等效應(yīng)力,這對實際的破碎機設(shè)計有著重要的意義。
    (3)應(yīng)力在釬桿和活塞中由于應(yīng)力的波傳遞和反射會出現(xiàn)幾個應(yīng)力峰值,但只有首峰值為最大值,因此在實際設(shè)計中我們只需考慮首峰值的大小。

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