基于SimSolid的悬臂式斗轮堆取料机结构应力分析

                                                                                                    技术邻用户: 我怎么能放弃〃🐾 

    第一次使用SimSolid这款CEA软件，进行结构设计的计算分析。

    一：模型分析导入

    悬臂式斗轮堆取料机作为港口矿山常用运输的煤炭机构，整体机构长约57m，宽11m，高23m，主要部件为底座，上支架，配重，大臂和运输斗轮,通过电力驱动斗轮旋转切削煤堆，再通过大臂上的运输带进行运输。

    使用Solidwork2016进行建模：

                                                                                            图一、模型

 

                                                                                            图二、模型

    分析对象为分为两个：

    对象一：为悬臂式斗轮堆取料机的大臂

    对象二：为悬臂式斗轮堆取料机整体机构在工作时的某一时刻结构的应力状态

                                                                                             图三、插件

    直接在Solidwork2016中打开要分析的模型，SimSolid在安装成功后会成为可用插件，在Solidwork2016工具栏中显示，直接导入SimSolid即可进行分析即可使用。

    二：大臂计算载荷及设置载荷

    对大臂进行受力分析校核，检验是否满足强度要求，若视大臂为悬臂梁，工作过程中水平截面所受力可忽视，不考虑在计算内

                                                                                            图四、大臂受力分解图

    已知煤密度，以燃煤堆最大堆积密度ρ=1000kg/m^3，传送带煤料满载时计算体积V=42.127m^3，根据设计计算，得传送带上均布载荷约为：

                                                                                            Q1=1.1254*10^4Pa

    斗轮以Q235钢制成，密度为7850kg/m^3,使用Solidworks2016建模，计算斗轮质量为1.212*10^5kg，加以载荷系数计算大臂前端受力约为：

                                                                                            1=1.454*10^6N

                                                                                         

                                                                                           图五、分析类型

 

                                                                                           图六、约束

 

                                                                                           图七、材料参数

    选择使用线性分析，按照计算结果设置力和载荷，模拟大臂某一工作时刻的受力情况，设置材料使用Q235钢，与默认材料一致。所有连接部分固定为整体，且没有间隙，部件之间使用bonded链接。

    三：计算分析

    在力与均布载荷作用下进行计算，计算分析得到的位移图如下图所示：

                                                                                          图八、位移云图

    大臂总长度为42m，最大变形量:17.2mm，最小变形量:2.58mm，弯曲变形量不足长度的1%,满足悬臂弯曲许用范围，故大臂设计满足使用要求。

 

                                                                                          图九、应力云图

 

                                                                                          图十、应变云图

     Mises屈服分析和等效应变分布分析如上所示，应力-应变两者分布基本一致，且符合实际应力分布情况。

四：整体机构计算载荷及设置载荷分析

    斗轮堆取料机在工作时可看作为一固定整体，以整体机构的某一工作时刻进行分析，将底座地面作为固定端，同样施加相同的载荷。

 

                                                                                          图十一、应力云图

 

                                                                                          图十二、应变云图

 

                                                                                          图十三、应力云图

    Mises 屈服准则与等效应力图如图所示，分析整体应力应变情况，等效应力且与Mises屈服基本一致，符合实际工作情况，机械的整体工作应力在机架与大臂和机架链接的铰链支撑部位之上。最大应力图中，上连杆前端所受拉应力与上机架后端支撑所受压应力较大，同样符合实际情况，若需要进一步完善设计，则应对此些部位进行进一步设计。

                                                                                          图十四、安全系数

    结构整体使用的材料为Q235钢，非转轴部位焊接而成，材料的安全系数的使用如图所示，可以看出在大臂后端及机架底部部位材料最容易失效，若不满足设计要求，则机架上端则可能需要进行材料的更换与重新选用，或对结构进行重新设计

五：总结

 

                                                                                          图十五、求解信息

    大臂分析信息：总共使用4秒钟，三阶模态，2.6万+最大方程数。这个分析速度在同类CAE软件里已经是无可比拟的速度了。

 

                                                                                          图十六、求解信息

    整体机构分析信息：整个机构94个零件，100多个配合，零件结构非常庞大，但只使用了12秒就完成了整个计算，可以快速有效的看出大型机械结构的应力分布及结构弱点，可以迅速的对机械结构设计过程进行调整和修改，可以在设计过程中同时进行设计和分析，提高了工作效率，SimSolid的出现使这种工作方式变为了可能。并且这样大型的的模型分析在同类CAE软件中，使用相同的硬件配置下是无法完成的，SimSolid独特的无网格处理，仅省略了大量的几何处理和优化网格的时间，使计算时间得到极大的提升，让对这种大型机构的分析变得更加快捷方便。作为一款快速的前处理CAE软件，非常好的体现出了SimSolid的优势。

    传统CAE软件如ANSYS，操作复杂，需要大量专业学习和经验才能使用，特别是网格类型的选取和后处理方面非常复杂，而SimSolid则避免了这个问题。并且与多种三维建模软件适配，面向学生以及初级工程师非常适用。

    SimSolid基于其速度快，硬件要求不高的特点，使其不仅能作为一款专业的CAE分析软件，让广大高级工程师接受，也同时满非常适用与初步接触有限元分析软件，使用的设备较为一般的学生。SimSolid若需要加快推广，个人认为需要推出汉化版本，编辑图文教程出版教学用书，让更多学生朋友能够接触，接受这款软件并使用。

 

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