基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｄｉ的路灯车伸缩套管减摇装置有限元分析,  佛山出租路灯车, 佛山租赁路灯车, 佛山路灯车,  基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎ的伸缩套管减摇装置有限元分析有限元分析技术是将弹性理论、数学建模计算和软件算法这Ｈ大类有效地融合成的一体的技术。其核心思想是＂一分一合＂，有限元分析是所研究的系统转化为一个相同或相似结构的有限元系统，形成的新系统是由节点和单元组合而成。有限元系统除了单元和节点之外，还有边界条件、约束条件、外力负载等Ｗ１。采用有限元分析是因其具有高精度、适应性强和计算快速准确等优点，近年来广泛应用于船舶工程等行业，是现代机械类产品设计优化的一项重要工具。

      伸缩套管减摇装置三维模型建立,  ＡＮＳＹＳ软件虽然自身具有模型建立的功能，但由于伸缩套管装置结构复杂，零件较多，故用ＡＮＳＹＳ完成建模比较麻烦。同上一章一样，本章采用的模型同样选取上一章运动学仿真所导入的ＳｏｌＬｉｗｏｒｋｓ模型，尺寸大小保持不变。由于ＡＮＳＹＳ与Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ不能实现无缝连接，所在Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ完成Ｈ维建模后需要把所存储的文件格式设定为．ｘ＿ｔ格式，然后才能将所完成的Ｈ维模型导入到ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ中，位后面的仿真巧下坚实的基础。其中每节套管长４００ｍｍ，套管壁厚ｌＯｍｍ。套管顶端套筒长３５０ｍｍ，外径２５０ｍｉｎ，巧部球较结构直径１６０ｍｍ。在材料选择上，套管整体材料选择合金钢（３０ＣｒＭｎＳｉ），弹性模量２．１ｘｌ〇ｉ古ａ，泊松比０．２９，质量密度７８５０ｋｇ／ｍ２。弹黃阻尼器中的弹黃为８节，每节长８０ｍｍ，弹黃刚度为２００Ｎ／ｍｉｎ。５．１．２网格划分将伸缩套管减摇装置的Ｈ维模型图导入ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ后，需要对其整体进行网格划分。ＡＮＳＹＳ在网格划分方面提供了四种常见的划分方法，包括自动网格划分、四面体网格划分、六面提网格划分和扫掠网格划分。其中自动网格划分法是系统的默认划分方法；四面体网格划分法在模型的某些区域使用曲率和近似尺寸功能自动划分网格；六面体网格划分方法主耍应用于受弯曲或者扭转的结构、变形量较大的结构分析中；扫掠网格划分法是应用对象必须是可扫掠的物体，其实体划分方法为四面体划分法。针对本文所研究的伸缩套管减摇装置，需要通过仿真结果准确地得到套管各部分的形变量和结构的强度状况，故采用自动网格划分，单元网格的关联度设置为１４，采用四面体单元，在设置完成后，节点数为２３１８５８，单元数为１４１３４４，生成的网格：由于套管整体结构复無，而在整个减摇的过程中，套管的关节连接处的承受了绝大部分的应力，尤其是套筒内球较结构底端与套管顶端的连接处和套管的最底端，故需要对这两个部位进斤网格的二次细化.  

      连接关系与约束,  本文研究的伸缩套管减摇装置模型主要包含两种连接关系，一种是接触关系，另一种是关节连接。ＡＮＳＹＳ提供了三种接触方式：分别是点与点、点与面和面与面接触。这＝种接触方式分别适用于特定的某类问题中。点与点接触关系主要用于模拟两点之间的接触行为，在使用点与点接触之前需要事先了解接触的位置情况，此类接触问题由于只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况，故本文不采用。而点与面接触关系同点与点接触关系一样，有着一定的局限性和相对误差，故本文主要采取的是面与面的接触关系。其中上端套筒里的球较结构下端与套管顶端的连接处和两节套管之间采取面与面接触。由于球较结构在实际工作中是可以360０°自由旋转的，故需要对球較结构进行球关节设定，使其符合正常运动条件。球形接头元素是一个两节点元素的相对位移的自由度约束，使其余的相对转动自由度不受限卿。该约束条件满足拉格朗日乘子法施加的运动学约束。本文采取的约束关系即为Ｆｉｘｅｄ固定关系，在仿真过程中需将伸缩套管上端的两个吊耳处固定，使其保持静止便于观察下端应力分布情况。

      弹黃的设定在ＡＮＳＹＳ中柔性件的建模比较麻烦，故本章对套管的柔性结构处进行了简化处理，应用了ＡＮＳＹＳ中的虚拟弹黃单元替代实际套管结构中的柔性阻尼器。伸缩套管减摇装置的弹性阻尼器承担了大部分的因摇晃而产生的水平方向的摇晃力，而且弹性阻尼器属于柔性元件，故应该特别考虑。由于套管中的弹性阻尼器其结构复杂，故本章节将其简化为同一水平面的８个方向的８根弹性系数为２００Ｎ／ｍｍ的弹黃构成，最大載荷的确定在对伸缩套管减摇装置进行有限元分析时，必须要知道套管在其摇摆过程中所受的载荷，由于吊物的摇摆是一个动态的过程，而套管底端可以简化地看作受．重物的直接作用，即吊物在摇晃过程中所产生的外为直接施加给套管底部，套管承受这个力并且逐级向上传递并最终由套筒里的弹黃阻尼器所承担并实现减摇效果。由于吊重在整个摆动的过程中对套管底部所产生的力是变化的，所以本章采用极限值的思想，即选取整个摇摆过程中所产生力的最大值为套管底端的输入载荷。由于伸缩套管的内部结构复杂，故我们将套管整体考虑，其运动特征简化为一端固定的单摆运动，由牛顿第二定律Ｆ＝ｗａ可知，若想求出套管底端所受的力八也可通过求出其整个运动过程的最大加速度并间接得到。本章节利用到了上述运动学分析中应用的ＡＤＡＭＳ软件来对套管底部的加速度进行求解。通过ＡＤＡＭＳ软件将装有伸缩套管减摇装置的路灯车模型在路灯车回转、横摇和纵摇中的一组或多组的所有情况进行仿真研究，得出加速度最大的一组数据；

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    伸缩套管减摇装置的有限元结果分析,  将导入ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的伸缩套管减摇装置模型进行上述处理后，仿真求解获得伸缩套管减摇装置的应变与应力图。根据分析得到的云图，套管所受应力和应变情况分别用不同颜色来表示，其中蓝色表示数值较小，红色表示数值较大，整个云图是从蓝色逐渐到红色的一个整体趋势。

    伸缩套管的应变分析,  通过上述关系的设定，本文选取了伸缩套管下端收到最大外力时所产生的应变图，为了更好的分析，故将应变图由整体到局部逐一展示出来。通过以上可知，该伸缩套管式减摇装置的最大应变量约为化０００３ｍｍ，出现在套筒底部球较结构与套管连接化，套管顶部吊耳处的应变也较大，为后面的优化设计提供了理论基础。

       伸缩套管减摇装置的应力分析,  将上述求出的最大载荷７０００Ｎ所对应的方向的分量分别带入到套管底部，可以得出伸缩套管减摇装置的应力分布图，通过整体应力分布图可以看出，套管绝大部分所受应力都很小，只有球较与套管顶端的连接处和套管顶端的吊耳处所受的应力比较大，其应力最大值出现在球较结构与套管上端连接处。由应力云图可知，最大应力５４．４２３ＭＰａ出现在球巧底部与套管顶部的连接处，这是由于在套管的减摇过程中该部位要承担因重物偏摆而对套管产生的拉力及弯矩，该作用向上传递给球较结构并通过弹性阻尼器消减，致使该区域承担了最大的应力作用。通过与套管的选用材料合金钢作比较，套管材料ＳＯＣｒＭｎＳｉ的屈服极限强度为８５５ＭＰａ，拉伸强度极限为ｌＯＳＯＭｐａ，５４．４２３Ｍｐａ远低于该材料的许用应力值，故该减摇装置合理可行。 通过上述的仿真结果可知，该减摇装置在正常工作过程中的所受最大应力处在球较结构底部与套管连接处，故先对这部分进行形状优化，对该部分进行加粗处理。然后对套筒底部和套管的应力集中处进行圆角处理，减少其应力分布，増强装置的安全性。然后对装置整体进行拓扑优化，将套管的Ｈ维模型导入到拓扑优化模块，按照之前的网格划分和约束条件，这里的载荷取最大载荷７０００Ｎ，设置伸缩套管减摇装置的拓扑优化目标为４０％，完成以上设置后，进行优化设计。

     伸缩套管装置的拓扑优化结果，其中橘纪色部分表示可去除的区域，黄色部分表示边界区域，优化时需保存，灰色部分不可以去除，需要保留。根据上图的优化结果，对套筒底部的橘红色区域进行适当的去除，降低自身的重量，以达到减少装置应力分布的目标。将套筒底部的一部分进行优化去除后，所得到的三维模型，其余各部分的尺寸均保持不变。 在相同的最大载荷的作用下，优化后的套管所受的最大应变减小为０．０００２ｍｍ，最大应力减小为３９．６５３ＭＰａ，都远远小于材料本身的极限强度，优化效果约为２８％，因此伸缩套管式减摇装置优化后的强度仍然满足基本要求，达到了优化的目的。

      运用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎ油软件对所设计的伸缩套管减摇装置的模型进行结构强度的有限元分析。由于套管的工作状态比较复杂，故选取整个运动过程中套管受力最大的那一时刻，即所受加速度最大的时刻求出套管底部所受到的最大载荷进行分析。利用ＡＤＡＭＳ软件和ＡＮＳＹＳ软件相结合的方法最终分析得出所设计伸縮套管装置的应变图和应力图。然后根据得到的套管在减摇过程中所受的最大应力和应变云图来对该减摇装置进斤结构优化和改进，最终再进行有限元分析，优化后的减摇装置的最大应变和最大应力均有效降低，达到了预期效果。

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