关于ANSYS Workbench液压支架顶梁优化设计.pdf

2014年 9月 机械设计与制造工程 Sep．2014 第43卷 第9期 MachineDesignandManufacturingEngineering Vo1．43No．9 DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．09．019 基于 ANSYSWorkbench的液压支架顶梁优化设计 张 欣 (徐州生物工程职业技术学院 机械系，江苏 徐州 221006) 摘要：以掩护式支架顶梁为研究对象，对其在 5种工况条件下的虚拟强度进行 了分析，由分析结 果确定以筋板及盖板的结构参数为设计变量进行项梁结构的优化设计，进而建立了顶梁的优化 函数，并以优化设计变量为变化参数建立顶梁的参数化模型，利用ANSYSWorkbench的DesignX． plorer模块进行 了多工况条件下的顶梁优化设计。 关键词：顶梁；虚拟强度；优化函数；参数化；DesignXplorer 中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：2095—509X(2014)09—0079—04 顶梁是液压支架的重要部件 ，在采煤工作面的 率，使计算结果容易出现奇异性，所以本文对液压 复杂工况下，顶梁能够承接顶板岩石载荷 ，为工作 支架顶梁模型进行简化 。简化原则如下：(1)在焊 面提供足够 的安全空间。 目前许多学者对于顶梁 缝质量得到保证的情况下，焊缝强度一般不低于母 在各种工况下的受力情况进行了较为深入的研究， 材强度 ，因此在有限元分析时忽略焊缝的影响。 利用有限元分析方法可 以获得顶梁在各种工况下 (2)略去工艺结构、对受力影响不大的小孔及小尺 的应力云图，明确顶梁结构的薄弱位置，但是对如 寸结构等。(3)忽略对支架受力影响不大的零件， 何改进顶梁结构，主要依据经验 ，无法进行最优化 如挡销座、吊环和管夹等。 设计 J。本文利用有限元分析平台ANSYSwork— 将简化后 的顶梁模 型导人到 ANSYSWork— bench对顶梁进行了虚拟强度试验 ，并针对分析结 bench平台中，首先定义材料属性。ZY6800／19／40 果进行顶梁结构的优化设计 。 型液压支架的主要材料为Q46O、Q550合金钢，金 属材料的弹性模量、材料密度、泊松比基本相同，经 l 顶梁虚拟强度试验 查设计手册确定材料的弹性模量 、密度和泊松 比， 根据 《煤矿用液压支架通用技术条件》对液压 并在 ANSYSWorkbench中定义材料的属性为：弹 支架主体结构件加载试验的要求，本文以掩护式支 性模量E=210GPa，密度p=7850kg／m。，泊松比 架 ZY6800／19／40的顶梁为研究对象，分别对其在 5 =0．3，然后将材料属性定义到模型零件 中。 种工况下的受力状态进行有限元分析，包括两端加 顶梁模型导入 ANSYSWorkbench后，零件之 载、纵向中间加载、对角加载、扭转加载、偏心加载。 间装配关系需要重新定义。ANSYSWorkbench中 零部件关系 以接触的方式进行处理，目前ANSYS Workbench中提供了5种接触类型，分别是 Bonded (粘结)，NoSeparation(不分离)，Frictionless(无摩 擦)，