基于有限元的液压钢管载荷分析

　　0　引言

　　众所周知,液压系统广泛地应用于煤炭、冶金和建筑等行业。在生产实践中,经常需要将液压站远离工作面安装。为了降低成本,减少系统压力损失和发热,需要采用高压无缝钢管来取代胶管,所以有必要对钢管的承载能力进行分析,确保系统的可靠性和安全性。

　　1　ANSYS有限元分析软件概述

　　有限元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法,目前在工程技术领域中的应用十分广泛,有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。国际上著名的有限元分析软件主要有ANSYS、NASTRAN、ADINA、SAP等。ANSYS软件是集结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件,广泛应用于机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域, ANSYS是这些领域进行分析设计的主要平台。自1970年美国匹兹堡大学力学系教授John Swanson博士开发出ANSYS以来,在30多年的发展过程中,ANSYS不断改进提高,功能不断增强,目前已发展到8.0版本。ANSYS软件是第一个通过ISO9001质量认证的大型分析设计软件,是美国机械工程师协会(ASME)、美国核安全局(NQA)及近20种专业技术协会认证的标准分析软件。ANSYS软件的主要功能有:

　　(1)静力分析:用于分析结构的静态行为,可以考虑结构的线性及非线性特性,例如大变形、大应变、应力刚化等。

　　(2)模态分析:用于分析计算线性结构的自振频率及振形。

　　(3)谱分析:是模态分析的扩展,用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变。

　　(4)谐响应分析:确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。

　　(5)瞬态动力学分析。确定结构对随时间任意变化的载荷的响应,可以考虑与静力分析相同的结构非线性特性。

　　(6)特征屈曲分析:用于计算线性屈曲载荷,并确定屈曲模态形状。

　　(7)专项分析:包括断裂分析、复合材料分析、疲劳分析。

　　(8)显示动力分析:用显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题,是目前求解这类问题最有效的方法。

　　2　液压钢管载荷分析过程

　　钢管基本参数:

　　2.1　在ANSYS中建立有限元模型

　　在ANSYS中建立有限元模型,包括定义工作文件名、设置分析模块、定义其单元类型和材料特性、建立几何实体模型、对模型进行网格划分、生成有限元模型。

　　2.2　加载和求解

　　从主菜单中选择Solution/Define Loads/Apply进行加载,从主菜单中选择Solution/Solve/CurrentLS开始求解。