Workbench在液壓支架疲勞壽命分析中的應(yīng)用

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院汽車工程學院 唐正偉 陸從相

Workbench在液壓支架疲勞壽命分析中的應(yīng)用

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院汽車工程學院 唐正偉 陸從相

基于頂梁兩端加載及底座對角加載這種工況下支架整架靜力學強度分析，對支架整架疲勞壽命進行預估，發(fā)現(xiàn)符合壓架試驗中循環(huán)加載的次數(shù)。本文為設(shè)計高質(zhì)量的液壓支架提供一定的理論依據(jù)，并且方便在早期設(shè)計階段對產(chǎn)品進行壽命估算。

液壓支架；Workbench；疲勞壽命

引言

液壓支架是采煤時的保護裝置，其作用是保證工人安全及各項工作的正常進行，特別是對安全的要求，包括井下工作人員的安全、設(shè)備與整個綜合采煤工作面安全。液壓支架在采煤支撐過程中，工況相當復雜，而且長期受到動載荷的影響，因此疲勞破壞是液壓支架失效的主要形式。怎樣估算疲勞壽命成為我們一直關(guān)注的焦點。孫鵬飛[2]利用參數(shù)化建模的方法估算了液壓支架的疲勞壽命。

本文以液壓支架靜力學分析為基礎(chǔ)，運用ANSYS Workbench對支架疲勞壽命進行分析。

1 支架整架靜力學分析基礎(chǔ)

依據(jù)靜力學分析基礎(chǔ)，我們得到液壓支架得到的應(yīng)力結(jié)果云圖，如圖1所示。

圖1 頂梁兩端加載及底座對角加載靜應(yīng)力云圖

2 液壓支架壽命預測

圖2 疲勞分析流程圖

疲勞壽命的估算通常可以分為兩個步驟，第一步是根據(jù)載荷和幾何結(jié)構(gòu)計算應(yīng)力應(yīng)變歷史；第二步是根據(jù)得到的參數(shù)響應(yīng)，并且與材料的性能參數(shù)結(jié)合，進行壽命預測估算。疲勞分析流程圖如圖2所示。

2.1 疲勞參數(shù)設(shè)定

在static structural模塊的solution中插入fatigue tools工具，液壓支架主體結(jié)構(gòu)部件為焊接件，表面存在材料缺陷及應(yīng)力集中現(xiàn)象，取疲勞強度系數(shù)為0.8[3]，按照耐久性試驗的規(guī)定，通過軟件編制液壓支架載荷譜數(shù)據(jù)文件fatigue.dat，選擇應(yīng)力壽命方法，設(shè)置完畢。

2.2 材料設(shè)置

在Geometry選項，為每個部件定義材料的屬性。

2.3 求解

在插入life選項，得到結(jié)果的云圖（如圖3所示）。

圖3 life云圖

由圖3我們可以看到，整架模型在試驗中實際的壽命可以達到百萬次。

3 結(jié)語

依據(jù)靜力學分析，液壓支架最大應(yīng)力值達到546MPa，在超載時極易發(fā)生破壞，這與支架在壓架試驗時相符合。通過fatigue模塊計算壽命，發(fā)現(xiàn)符合壓架試驗中規(guī)定的循環(huán)加載次數(shù)。

通過以上研究我們可以發(fā)現(xiàn)，運用ANSYS Workbench對液壓支架進行整體模型的研究，計算結(jié)果精確度高，可以為后期進行液壓支架各個零部件有限元分析提供參考。

[1]王國法,史元偉,陳忠怒等.液壓支架技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1999.

[2]孫鵬飛,佟林陽,王宇等.基于Ansys軟件的液壓支架參數(shù)化有限元疲勞分析[J].煤礦機械,2011(11).

[3]陳超,陳榮娜,鞏子天縱等.ZZ10800/22/45液壓支架強度及疲勞分析[J].煤炭技術(shù),2014(05).

唐正偉，男，1989年出生，江蘇鹽城人，碩士研究生。