Ansys Workbench | 液压起重千斤顶仿真

概述

液压千斤顶利用液压动力，以远高于输入力的力来举升重物。本仿真使用流体静压单元对液压千斤顶进行建模，并阐述体积模量的概念。实际应用中，液压千斤顶通常使用油作为液体，油的高体积模量使得加载过程中液体体积几乎保持不变。

目标

• 理解体积模量的影响
• 熟悉流体静压单元的使用

步骤

1. 打开 Ansys Workbench，创建一个"静力结构"分析。检查单位设置。

2. 导入几何模型（图1）。大的绿色圆柱体截面积为 314 平方毫米，小的绿色圆柱体截面积为 0.78 平方毫米。因此，当 1 牛顿的力作用在小圆柱体上时，大圆柱体应产生 402.6 牛顿的反作用力。

（图1：液压千斤顶的几何模型）

3. 定义接触并对部件进行网格划分。使用固定关节将刚性框架固定在地面上，并使用平移关节仅允许圆柱体垂直运动（图2）。对于小圆柱体，定义网格尺寸为 0.25 毫米。将 1000 千克的点质量分配到大圆柱体的顶部表面上。

（图2：关节示意图）

4. 定义分析设置和边界条件。开启大变形并定义一些子步。在垂直方向上定义地球重力，并将小圆柱体向下移动 3 毫米。由于流体的体积模量导致体积变化可忽略不计，可以假设体积守恒，大圆柱体的垂直运动应为 3 毫米/402.6 ≈ 0.0075 毫米（图3）。

（图3：边界条件示意图）

5. 插入命令行以定义流体静压单元。在插入命令行之前，创建一个命名选择，包含构成油液封闭体积的面（图4）。在分析设置中插入一个命令片段。命令如图 5 所示，其中定义了油的体积模量和密度。

（图4：用于定义流体静压单元的封闭表面）

（图5：创建流体静压单元的命令）

6. 运行仿真并查看结果。大圆柱体垂直运动的历史曲线图如图 6 所示。在 0 到 1 秒期间，圆柱体因重力向下移动，随后因小圆柱体的运动向上移动约 0.0075 毫米，与预测值一致。作用在小圆柱体上的力如图 7 所示。24.5 × 402.6 ≈ 9800 牛顿。总之，要举升 9800 牛顿的重物，仅需 24.5 牛顿的输入力。

（图6：大圆柱体的位移）

（图7：作用在小圆柱体上的力）

总结

本文介绍了液压千斤顶的仿真。流体静压单元能够在结构分析中模拟流体行为，但需要使用命令行方法。

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