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万向铰链横向型膨胀节有限元分析验证

发布时间:2013-05-04

万向铰链横向型膨胀节有限元分析验证

上述经典力学的分析只能解释该产品的铰链装置有拉出的倾向,并不能解释其破坏是在停车后重新开车时发生的这一现象。因此,我们用有限元的分析方法又对其破坏原因进行了分析。

金属波纹管补偿器的主要受力结构由一对万向铰链式轴销结构组成,可以用于补偿侧向位移。由于结构的对称性,故在有限元建模时可以仅采用一个万向铰链轴销结构的一半。

为了分析轴销结构可能的拉坏原因,此次分析进行了三种工况的分析,分别是轴销强制侧向位移仿真分析;轴销强制轴向位移拉脱仿真分析;轴销轴向外载拉脱仿真分析。

分析中的约束条件为:补偿器一段在侧板端部施加固定约束,另一端在侧板上施加轴向拉伸载荷,载荷的大小是每个节点上最大的力为10082N。

分析采用ANSYS/LS-DYNA进行,共划分得26047个单元,37421个节点。采用SLLID164,并采用全积分方法以防止沙漏的产生。

实际计算中,我们施加了一个从零开始逐步增加到4倍正常载荷的外加载荷进行计算。

中间两块板截面(面积为原面积的1/4)上沿x轴方向的拉力变化图如下。其中纵坐标为力的大小,横坐标表示施加的大小,横坐标的值乘以4/3所得的数为载荷正常载荷的倍数。

通过分析计算,得知外载为正常载荷2到3倍的情况下就会发生拉脱现象。但外载为正常载荷的0.67倍时,铰链销轴就开始有拉脱的倾向。

同时在分析中我们发现,孔的尺寸偏差会带来一定的影响。完全对称的模型承力情况最好,当一对轴销中一个孔偏大时,承力能力急剧下降。例如当一对孔中一个孔比另一个孔大2.5%(约2mm)时,承力能力下降了17.7%。因此在此种结构下,加工和装配间隙也非常关键。