基于ANSYS的支撑座结构优化研究

基于ANSYS的支撑座结构优化研究

杨 ,飞

贵州航天天马机电科技有限公司

摘要：随着国内的装备不断改进和提升，油缸支撑装置也有更高的要求，起竖能力和安全性高，占用空间小，因此，支撑装置的支撑座也需要满足安全性高，结构强度好，安装空间小等特点，本文针对油缸支撑座的小型化，高安全性方面考虑，对油缸支撑座进行优化分析。提高支撑的安全性，可靠性，同时满足小型化的要求。

主题词：油缸固定装置  支撑座  安全性  小型化  优化

1  引言

随着国内科技不断发展，大型装备使用范围及安全性也不断提升。油缸支撑座是油缸的固定点，由于安装空间的限制，支撑座通常有小型化，高安全性的要求。

随着信息级数在各领域的迅速渗透，CAD/CAM/CAE技术已经得到了广泛的应用，ANSYS作为业界最领先的工程仿真技术集成平台被各行各业引进，以提高产品的研发水平。ANSYS提供的工程仿真解决方案可以对设计过程进行工程虚拟仿真，通过经典力学公式分析，在一定程度上可代替试验，缩短研究周期，减少耗费。【1】

2  油缸固定装置的受力分析

为实现载荷为2.5t装置的支撑功能，设计可靠的支撑座。油缸支撑座是油缸和支撑架的安装机构，属于支撑架的重要件，对整个支撑架安全性有很大的影响。利用油缸方案设计通用平台，对支撑状态进行分析，受力如图1所示。

图1  支撑受力及固定装置支撑座和改进后对比图

由分析可知，在初始状态时，油缸固定装置的推力最大，Fmax=68410.7N。此时，油缸支撑座同样受到大小相等且方向相同的作用力，因此支撑座承受68410.7KN推力。此时为支撑座工作最为恶劣工况。

3通用支撑座

通用支撑座设计采用底板与支耳焊接的方式，在底板上加工定位的螺纹孔和销孔，如图1所示。

此种方式加工、焊接及方便，但仅靠支耳与底板之间的焊缝满足推力要求，安全性较差，对焊接要求较高。在承受大负载时，存在一定的风险。

4 支撑座改进

针对通用支撑座的缺陷，由单一的结构，更改为支耳下底面增加承力的凸台，在底板上开2个支耳凸台的安装孔，增加支耳的加强筋。将支耳与底座上平面角焊缝连接，下平面与底座下平面开坡口焊接，四个加强筋将支耳与底板加强，减少应力集中现象，见图1所示。

5 对更改前后进行受力分析

对改进前和改进后的支撑座加载68410.7N的推力，且方向和作用点相同。对改进前后的两种状态进行应力和应变的仿真分析。网格划分为1mm的正六面体单元。【2】

对两种状态进行应力分析，如图2所示。改进前支撑座最大应力为240.99MPa。改进后支撑座最大应力为262.92MPa。由于改进前支撑座为底板整体结构，改进后底板上有配合孔结构，因此改进后底板最大应力比改进前大约22MPa，而结构件强度值460MPa，满足要求。

图2  改进前后应力状态图

对两种状态进行应变分析，如图3所示。改进前支撑座最大应变为0.15589mm。改进后支撑座的最大应变为0.1354mm。改进后应变小于改进前，改进后效果较好。

图3  改进前后应变分析图

对两种状态的焊缝进行分析，如图4所示。改进前支撑座支耳处焊缝最大应力为144.84MPa。改进后支撑座支耳的焊缝的最大应力为97.961MPa。改进后应力值比改进前小46.897MPa，改进后效果较好，对焊缝的受力有明显的改善。而且在支耳的下底面也与底板进行了焊接，增加了安全性。【3】

图4 改进前后焊缝分析图

改进后，支耳插入支撑座固定孔中安装，改善了支耳焊缝的受力情况，同时提高了支撑座的安全性，减少了支耳的变形量。

6  结论

通过改进前后的分析，可以得出，改进后支撑座焊缝的受力有很大改善，提高了支撑座的安全性及可靠性，增加加强筋，有效减小了支耳应力集中现象，改进后效果良好。此支撑座改进设计分析对大型支撑装置都有很好的借鉴和参考价值，对大型支撑装备的整体设计有实际指导意义。

参考文献：

[1] 王良文 王雷 参数化模型有限元技术研究[M].工程机械，2008；

[2] 高志虎 基于有限元分析的大型塔内件桁架结构优化设计 天津，2010,33,44

[3]CHIEN C W. Effects of Sip size and volume fraction on propertiesofA1/Sip，compo -sites [J]．Materials Letters，2002，12(2)：334—341．

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