链式货运索道有限元分析 - 图文

链索的有限元静力分析过程如下（倪栋，等，2003）： (1)建立有限元模型。

(2)设置材料，划分网格，施加载荷和设置边界条件并求解。 (3)结果分析并求解。

具体的分析过程如下所示：

1）导入PRO/E模型。由于ANSYS Workbench 14.0软件能与大多数CAD软件实现数据共享和交换，利用ANSYS Workbench 14.0与PRO/E软件的接口程序将PRO/E建立的链索模型导入到ANSYS Workbench 14.0中（黄志新，等，2013）。过程如下：

方法一：选择PRO/E菜单栏中的ANSYS 14.0，在下拉菜单中选择Workbench，将PRO/E模型导入到ANSYS Workbench 14.0中，建立有限元分析模型；

方法二：将PRO/E建立的装配体文件保存为.igs格式，在ANSYS Workbench 14.0中通过工具箱Toolbox→Component System中的Geometry的模块导入.igs格式的文件，进入DesignModeler中用Generate命令建立有限元分析模型。

通过上述的方法，在ANSYS Workbench 14.0中导入的模型如下图5所示，并创建分析项目A：

图5 链索在DesignModeler中的显示

2）共享模型数据。由于要进行静力分析，故选择ANSYS Workbench 14.0软件 Toolbox中的静力分析模块Static Structural，创建分析项目B, 并拖动项目B到项目A的Geometry中，这样便能在静力分析中共享Geometry中的数据，如图6所示：

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图6 A与B数据关联

3)设置材料。在项目B的Engineering Data中右击选择Engineering Data Source进入ANSYS Workbench 14.0材料库，选择材料为Structural Steel，在Properties中设置材料的主要属性，密度Density为7850kg/m3，杨氏模量Young’s Modulus为2E+11Pa，泊松比Poisson’s Ratio为0.3。

4)划分网格。采取自由网格划分的方法进行网格划分，Element Size选为Default, Relevance Center选为Coarse，划分结果如图7所示：

图7 链索的网格划分

5）设置载荷、约束和边界条件，求解。为了研究最一般的静力效应，在链环的两端施加displacement的约束，并将x，y，z方向的平动自由度加以约束，即将x component，y component，z component设置为0（ramped），在链环中间添加一个-y方向的力，模拟重物吊在环上的力，设作用在链环中间力的大小为50N，再给模型施加重力来解算静态时的变形受力情况。由于重力属于惯性载荷，而惯性载荷（Inertial）是通过施加加速度

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来实现的，于是可以通过施加重力加速度Standard Earth Gravity来定义加速度的方向和大小，按照所建立的模型，设置加速度大小为默认值，为9.8066m/s2(ramped)，方向为-Y Direction，用ANSYS Workbench14.0默认的求解器进行求解（如图8所示）。

图8 模型载荷、约束设置与求解

6）后处理，查看结果并作分析。在以上加载和约束的条件下，对模型进行求解得到的总变形图，应力、应变云图如下所示：

图9 Total Deformation(总变形图) 图10 Equivalent Elastic Strain(应变云图)

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图11 Equivalent Stress（应力云图） 图12 以Isolines显示的应变局部放大图

将相关的变形、应力、应变数据列表如下：

表1 链环受力变形表

变量 总变形量 (max/min)

X方向变形 (max/min) 0.00014404/ -0.00014616

Y方向变形 (max/min) 9.0172e-5/ -0.0035944

Z方向变形 (max/min) 3.1317e-5/ -3.3895e-6

位移（m） 0.0035945/ 0.00039983

表2 链环应力、应变表

变量 最大主应力/主 最小主应力/主应等效云应力/云应应变（max/min） 变（max/min）

变（max/min）

剪应力/剪应变(max/min） 2.3499e8/-4.0475e8

0.0030548/-0.0052617

应力（Pa）

6.1158e8/-7.4248.9595e7/-6.0498e8 1.0536e9/77987 e7

1.7078e-5/-3.9378e3

0.0060178/7.147 e-7

应变（m/m） 0.0039698/-1.1

967e-5

根据ANSYS Workbench 14.0对模型的求解运算得到的图和表，作出以下的总结： （1）从图9 Total Deformation和表1可以看出，当链索两端施加约束，在链环段中施加载荷且在自身重力的作用下，链索会产生变形，且最大变形区出现在靠近链索中部，

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