基于ANSYS的某项目固定基架静力学分析

    固定基架是系统各机构的承载部件，系统工作时产生的冲击和振动易造成材料结构的破坏。本文所要分析的固定基架高3.5米、宽1.4米，是某项目系统工作时产生的冲击和震动的主要受部分，其结构强度和刚度关系着工作的可靠性和安全性。

    ANSYS软件含有多种有限元分析能力，包括从简单的线性静态分析、复杂的非线性分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析等等。本文利用ANSYS软件来建立固定基架的力学模型，对固定基架的整体受力情况进行了分析求解和研究，在虚拟阶段对其强度进行了校核。

    1、机械结构静态分析基本理论

    机械结构静态分析是指不考虑惯性和阻尼特性，不考虑随时间变化的载荷等因素的条件下，系统在稳定载荷作用下对结构进行应力、应变和位移的分析，但允许有如重力和离心力等稳定的惯性载荷作用。随时间变化的载荷可等效为静态载荷，进行静态分析。静态分析验算其指向误差是否超过给定的精度要求。

    线性结构的静态分析总的等效方程为

  式中  K  —总刚度矩阵，—节点位移矢量；   eK —单元刚度矩阵；   rF —支反载荷矢量；   aF —所受的总外载荷；N—单元数。

    通过式（1），可得出各节点位移矢量 u   。根据位移插值函数，根据弹性力学中给出的应变和位移及应变和应力的关系，得出各单元节点的应变和应力表达式：

    式中   el  —由应力引起的应变；  B  —节点上的应变—位移矩阵； u   —节点的位移矢量；   th  —热应变矢量；     —应力矢量；  D  —弹性矩阵。

    求式（3）和式（4），可得到各节点相应的应力。

    综上所述，用有限元分析法可以求出结构的节点应力及节点位移，得到结构静力学分析结果。

    2、有限元结构建模

    利用三维软件对固定基架进行建模，固定基架结构如图1所示，黄色部分为主支架，红色部分为液压缸托架。液压缸托架通过导轨作用于主支架上，图中液压缸托架安装孔的轴线距地面2.5m高，这个状态的固定基架即为要分析的工况。

    2.1 定义材料属性

    如图2所示，金属材料打断过程分4个阶段：Ⅰ—线性阶段；Ⅱ—屈服阶段；Ⅲ—强化阶段；Ⅳ—颈缩阶段。图中：p  为材料比例极限，小于该值时应力与应变成线性关系；s  为材料屈服极限，大于改值时材料失去抵抗变形的能力；b  为材料强度极限，即材料能承受的最大应力。