馮曉河

摘要：利用ANSYS Workbench有限元分析軟件，采用對(duì)比分析法對(duì)高鐵接觸網(wǎng)勾環(huán)式定位支座與軸銷式定位支座進(jìn)行力學(xué)性能分析，結(jié)果顯示，后者最大應(yīng)力值比前者小493.65MPa，具有更加優(yōu)良的力學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后應(yīng)力值下降了10.78%，安全系數(shù)從0.40提升至0.44，產(chǎn)品應(yīng)力分布更加均勻，安全性能更好，具有最佳的綜合力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：高鐵接觸網(wǎng)、定位支座、ANSYS Workbench、力學(xué)性能

0.引言

定位支座是高鐵接觸網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，既承受載荷又傳遞載流，本文以不同結(jié)構(gòu)類型的定位支座為研究對(duì)象，通過對(duì)其受力情況進(jìn)行有限元仿真分析，選擇較優(yōu)方案，并根據(jù)結(jié)果對(duì)定位支座結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，最終獲得優(yōu)良力學(xué)性能的目的。

1.腕臂及定位支座力值分析

靜力學(xué)分析是ANSYS workbench最基本的結(jié)構(gòu)分析類型，分析所涉及的內(nèi)容主要有線性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、各向異性線性材料和熱膨脹。線性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系滿足：

……………………………公式 1

式中，{σ}為材料的應(yīng)變向量，[D]為材料剛度矩陣，{εel}為材料彈性應(yīng)變。

在腕臂裝置中，風(fēng)載氣象條件下腕臂承力索座水平載荷為2270N，垂直載荷為1210N，定位線夾水平載荷為2430N，垂直載荷為660N。

2.ANSYS Workbench力學(xué)分析

2.1 前處理

本次分析所裝配的定位支座為勾環(huán)式定位支座與軸銷式定位支座兩種類型，兩種類型的定位支座如圖1所示。幾何模型在Geometry中添加，添加后進(jìn)行網(wǎng)格劃分、分析設(shè)置、結(jié)果查看等操作。

2.2 求解及后處理

參數(shù)設(shè)定完成后進(jìn)行求解，求解結(jié)束后對(duì)兩種定位支座的應(yīng)力與安全系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性。應(yīng)力云圖如圖2所示。勾環(huán)式定位支座最大應(yīng)力達(dá)到702.6MPa，產(chǎn)生了嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象;軸銷式定位支座最大應(yīng)力為208.95MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度，但仍存在少量的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

3.產(chǎn)品優(yōu)化

根據(jù)分析結(jié)果，將軸銷式定位支座應(yīng)力集中部位的外輪廓由原來的八字形狀改變?yōu)榘雸A形狀，優(yōu)化前后的定位支座如圖3所示。優(yōu)化后再對(duì)其進(jìn)行受力分析，分析結(jié)果如圖4所示，此時(shí)最大應(yīng)力為186.42MPa，比優(yōu)化前減小了22.53MPa，應(yīng)力分布更加均勻;安全系數(shù)從0.40提高至0.44，達(dá)到優(yōu)化效果。

4.結(jié)論

軸銷式定位支座與定位器的接觸面積較大，在相同的載荷條件下，定位支座承受應(yīng)力小于勾環(huán)式定位支座，應(yīng)力分布比勾環(huán)式定位支座更均勻。優(yōu)化軸銷式定位支座結(jié)構(gòu)之后，最大應(yīng)力值與變形量均有所減小，安全系數(shù)進(jìn)一步提升，達(dá)到了通過受力分析優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能的目的。

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