基于ANSYS的液压缸安装支架有限元分析

　　1.引言

　　自主研发的大型液压缸试验平台，液压缸的安装支架采用了箱体结构，用45钢钢板焊接而成。为了保证液压缸安装的可靠性，在确定液压缸试验工作平台总体设计方案的基础上，使用Solidworks软件对液压缸的安装支架进行三维实体建模，利用ANSYS软件对箱体结构进行有限元分析，校核安装支架的强度和刚度，以验证液压缸安装支架在最大载荷作用下的应力分布和结构变形，提高机械结构设计的合理性、可靠性和科学性。

　　2.安装支架的静力学分析方法

　　本液压缸试验平台的总体布置方案如图1所示，支架上安装三个液压缸，两侧液压缸为加载缸，要求每缸能形成100吨的推力，中间液压缸为主缸，要求能形成200吨的拉力。液压缸支架和顶杆端的箱架都是由45钢钢板焊接而成。

　　根据使用要求，液压缸安装支架主要承受静载荷的作用，可用有限元法求解弹性力学空间问题的方法分析。采用这种方法时，可把连续的空间弹性体变换为一个离散的空间结构物。作为这个结构物的单元可采用多种单元形式，为了便于网格的划分，我们采用四面体单元，如图2所示。这些四面体单元只在顶点处以空间铰互相连接，成为空间铰接节点。在节点位移分量可以不计之处，就在节点上安置一个铰座或相应的链杆支座，单元所受的载荷按静力等效的原则移置到节点上。

　　采用的计算方法是结构力学中位移法，取为基本未知量的是节点的位移，…。

　　为了在求出节点位移后能够求得应力，必须对每一个单元，建立单元应力与节点位移之间的关系式，即

　　在每一个典型的节点，例如在节点i，可以建立三个平衡方程

　　图1 试验平台的总体布置方案简图

　　1-中间联接铰；2-加载液压缸；3-顶杆联接铰；

　　4-箱架；5-导杆；6-主液压缸；7-箱结构；8-箱架

　　图2 四面体实体单元

　　3.液压缸安装支架的有限元分析模型

　　根据二维CAD图2，建立了如图3所示的液压缸安装支架三维实体模型，主要包括包括支撑三个液压缸的钢结构、液压缸顶杆和顶杆端的箱架。

　　图3 支架实体模型

　　采用20节点solid187单元对安装支架进行网格划分，其中节点数为206922，单元数为107794，支架静力有限元网格如图4 所示。支架的材料为45钢，其弹性模量为2.06×1011 Pa，泊松比为0.3。

　　图4 支架有限元网格