基于abaqus的花盆架關(guān)鍵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的數(shù)值模擬研究

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1、基于Abaqus的花盆架關(guān)鍵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的數(shù)值模擬研宄OnNumericalSimulationoftheKeyStructuralStrengthofPotRacksBasedonAbaqus何欣興HEXin-xing曰周瑞麗ZHOURui-li(臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，臺(tái)州318000)(TaizhouVocationalandTechnicalCollege，Taizhou318000,China)摘要院建立兩種典型花盆架有限元模型，運(yùn)用Abaqus進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比兩種結(jié)構(gòu)形式的數(shù)值模擬結(jié)果，選擇最優(yōu)方案。對(duì)

2、花盆架及其他支架類家用機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)借鑒。Abstract:Thispaperestablishestwotypicalfiniteelementmodelsofpotracks,usesAbaqusfornumericalsimulation,comparesnumericalsimulationresultsofthetwostructuralformsandselectsthebestprogram,providingtheoryandexperiencefortheoptimiza

3、tiondesignofthepotracksandotherhouseholdmachinery.關(guān)鍵詞院Abaqus；花盆架；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；數(shù)值模擬Keywords:Abaqus；potracks；structuralstrength；numericalsimulation中圖分類號(hào)院N032文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼院A文章編號(hào)院1006-4311(2014)25-0295-020引言目前，市場(chǎng)上花盆架種類繁多，結(jié)構(gòu)形式五花八門。對(duì)花盆架的設(shè)計(jì)側(cè)重于外觀及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，對(duì)架體木身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析研究較少，這就導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的花盆結(jié)構(gòu)

4、強(qiáng)度無(wú)法保證，疲勞失效較快，甚至出現(xiàn)花盆脫落砸傷等危險(xiǎn)。為解決目前花盆架設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，選擇市場(chǎng)上主流的圓環(huán)型多層花盆架為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的數(shù)值模擬研究，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和依據(jù)。有限元分析技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的被動(dòng)校核方法，且能夠在最短的時(shí)間內(nèi)尋求最佳設(shè)計(jì)方案,在很大程度上減少了設(shè)計(jì)成木和設(shè)計(jì)周期，目前已經(jīng)應(yīng)用到各機(jī)械行業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中［1］。木研究以Hypermesh作為前處理軟件，對(duì)花盆架盆托等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何模型處理和網(wǎng)格劃分。在處理幾何模型和網(wǎng)格的效率和質(zhì)量方面，Hypermes

5、h具有很好的速度，迢應(yīng)性和可定制性，并且模型規(guī)模沒(méi)有軟件限制［2】。經(jīng)前處理后的模型，導(dǎo)入Abaqus,以Abaqus作為計(jì)算平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)值模擬分析。Abaqus是一套功能強(qiáng)大的工程模擬有限元軟件，蘇解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性問(wèn)題到復(fù)雜的非線性問(wèn)題［3】。1模型處理兩種結(jié)構(gòu)的圓環(huán)型多層花盆架原始幾何模型如圖1、圖2所示，兩種結(jié)構(gòu)花盆均采用多層形式布置，區(qū)別在于每層各盆托與承載肋連接形式不冋。結(jié)構(gòu)一中承載肋圓周均布，承載肋一端采用焊接形式，與中心柱剛性連接，另一端連接在兩盆托外側(cè)承載圈中間位置。結(jié)構(gòu)二中承

6、載肋一端與套在中心柱上的盆托內(nèi)側(cè)承載圈剛性連接，另一端直接與每個(gè)盆托接觸。兩種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差別主要在各層托架處，結(jié)構(gòu)一將載荷直接作用在中心柱上，而結(jié)構(gòu)二直接作用在內(nèi)側(cè)承載圈上。因此，本次分析的重點(diǎn)關(guān)注部位為托架，托架各層受力形式相當(dāng)，每種結(jié)構(gòu)任取一層托架進(jìn)行數(shù)值模擬分析，對(duì)其他分析非重點(diǎn)關(guān)注位置予以簡(jiǎn)化。2邊界條件將兩種結(jié)構(gòu)分析用幾何模型運(yùn)用Hypermesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分和相關(guān)邊界條件設(shè)置，得到兩種結(jié)構(gòu)的奮限元模型，如圖3、圖4所示。托架中心位置施加位移限制約束，模擬結(jié)構(gòu)一托架中心柱及結(jié)構(gòu)二托架內(nèi)側(cè)承載圈對(duì)花盆

7、支架的支撐及位移限制約束；以每個(gè)花盆重2.5kg給花盆托圈施加集中載荷，并采用耦合邊界條件將這些集中載荷均布于每個(gè)花盆托圈邊緣，以模擬各個(gè)花盆對(duì)花盆架的重力作用；兩種結(jié)構(gòu)的劃分支架材料均采用45#鋼，該材料各性能參數(shù)主要包括密度7.85E-9ton/mm3;彈性模量2.05E5MPa;泊松比0.29;屈服強(qiáng)度355MPa;抗拉強(qiáng)度極限600MPa;失效位變0.016mm/mm。3分析結(jié)果結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)二施加前述相同邊界條件，經(jīng)計(jì)算，得到等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力分布云圖如圖5-8所示，沿中心柱軸線方向變形云圖如圖9

8、、圖10所由以上分析結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)一應(yīng)力較人的區(qū)域主要集中在均布承載肋與托架中心柱，以及均布承載肋與托架外側(cè)承載圈連接位置（如圖5,圖7所示），這些位置應(yīng)力以拉成力為主（如圖7所示）；結(jié)構(gòu)2的應(yīng)力主要集中于均布承載肋與內(nèi)側(cè)承載圈，以及均布承載肋與各盆托連接位置，（如圖6,圖8所示），這些區(qū)域應(yīng)力也以拉應(yīng)力為主（如圖8所示）。圖6-8顯示兩種結(jié)構(gòu)最大砬力均為180MPa，結(jié)構(gòu)一達(dá)180MPa砬力區(qū)域呈點(diǎn)狀分布，其余