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近年來，通過計(jì)算機(jī)對(duì)液壓支架進(jìn)行虛擬壓架試驗(yàn)逐步受到重視。本研究以某型號(hào)液壓支架為研究對(duì)象。研究底座受到扭轉(zhuǎn)情況下的整機(jī)應(yīng)力特性分布，通過Ansys Workbench對(duì)液壓支架整機(jī)進(jìn)行有限元分析，代替真實(shí)壓架試驗(yàn)，為液壓支架的設(shè)計(jì)提供參考。
進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，支架被放置在內(nèi)加載試驗(yàn)臺(tái)上，試驗(yàn)臺(tái)活動(dòng)梁調(diào)整到支架試驗(yàn)高度。按照規(guī)定，在進(jìn)行底座扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，支架試驗(yàn)高度為支架最大高度減去支架總行程的1/3。試驗(yàn)支架的最低高度和最高高度分別為1500 mm和3000 mm，因此底座偏載時(shí)的試驗(yàn)高度為2500 mm。支架2個(gè)立柱上的載荷由零逐漸增加到1.2倍的工作阻力，并且保壓5 min。在真實(shí)的工作環(huán)境下，支架不僅要承受立柱的支撐載荷，還要承受來自工作而圍巖的壓力載荷，一般在液壓支架的不同位置上放置墊塊來模擬工作時(shí)受到的載荷。試驗(yàn)前，分別測量頂梁上平面原始撓曲度和底座側(cè)而下邊緣的原始撓曲度，同時(shí)測量頂梁中心線相對(duì)底座中心線在水平方向上的偏移量。
試驗(yàn)結(jié)束后，檢查主體結(jié)構(gòu)件的母材或焊縫是否有開裂現(xiàn)象；測量頂梁和底座相對(duì)殘余變形量，確保其變形量不大于0.4%；測量頂梁中心線相對(duì)底座中心線偏移角度變化量，確保其值不大于30；對(duì)有損壞和影響使用的其他部件的變形進(jìn)行檢查。
液壓支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雖然Ansys Workbench的建模能力相對(duì)其經(jīng)典界而有了很大改進(jìn)，但還是不夠完善，考慮到有限元軟件和CAD軟件之間具有良好的接口，決定在Pro/E中建立液壓支架的三維模型。建模工作主要包括各部件的建模和整架裝配，所有模型嚴(yán)格依照?qǐng)D紙進(jìn)行繪制。如果完全按液壓支架的實(shí)際模型進(jìn)行建立，可能會(huì)對(duì)后續(xù)的有限元分析造成困難，且會(huì)浪費(fèi)較多計(jì)算時(shí)間，所以在建模過程中只建立了頂梁、掩護(hù)梁、前后連桿、底座等部件，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大的小孔、凸臺(tái)、圓角等進(jìn)行了抑制。在完成模型的干涉檢查后，通過Ansys Workbench與Pro/E的集成，將Pro/E模型導(dǎo)入到Ansys Workbench中，從而實(shí)現(xiàn)三維模型在2種軟件間的轉(zhuǎn)換，避免了模型數(shù)據(jù)的丟失。
Ansys Workbench模糊了有限元單元的選擇，對(duì)于實(shí)體模型，軟件默認(rèn)采用10節(jié)點(diǎn)的四而體單元(SOLID 187)和20節(jié)點(diǎn)的六而體單元(SOLID186)，液壓支架模型比較復(fù)雜，故采用自動(dòng)劃分網(wǎng)格的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定單元尺寸為50 mm，在銷軸接觸的表而設(shè)定而單元尺寸為20 mm，劃分完成后整個(gè)模型共有359758節(jié)點(diǎn)，195708單元。
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