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ansys 应用实例——校核油缸壁厚

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发表于 2013-6-11 18:06:57 | 显示全部楼层 |阅读模式 简体中文繁體中文
ansys的强大功能这里不用介绍大家也很清楚,ansys可以模拟大型装配体静力结构分析,模态分析,瞬态动力学分析。但这些建模时间较长,要求较高,对ansys爱好者而言,难以入手。实际上我们可以把ansys作为我们理解模型状况,结构情况,及或是理解材料力学公式含义的辅助工具。今天介绍一个小知识点,是关于油缸壁厚校核的。可以参见机械手册第五版,第310页。

从公式上可以看出,油缸的壁厚t,仅与油缸的内径D与压力P有关。
假定内径100mm的油缸,有缸内最大油压10MPa,如果壁厚为5mm,这是油缸壁厚方向收到的应力是多少呢?
答:
当t<0.08d,σ=P*D/2t =100MPa

下面我们同时用ansys求解这道题目。结果如下。从求解的结果上可以看出,应力云图在95.5MPa至110MPa之间,与计算结果相同。

(有兴趣的同学可以深入研究为啥有的区域大于100,有的区域小于100。还有σ=P*D/2t这个公式在t<0.08d时是怎么得来的。相信这个东西搞明白后会进一步提高大家对这类公式的理解,以及类似问题的拓展思考)。


另外,给出t=2mm是的应力云图,结果在245至258之间。理论的计算结果是250。可见,当t与D 的比值越小时,分析结果越靠近理论结果。



机械手册,油缸部分相关公式

机械手册,油缸部分相关公式

内径D=100mm,压力P=10MPA,壁厚t=5mm时的应力状态。

内径D=100mm,压力P=10MPA,壁厚t=5mm时的应力状态。

内径D=100mm,压力P=10MPA,壁厚t=2mm时的应力状态。

内径D=100mm,压力P=10MPA,壁厚t=2mm时的应力状态。

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 楼主| 发表于 2013-6-11 18:14:54 | 显示全部楼层 简体中文繁體中文
下面校核0.08D<t<0.3D的时候,应力状态。
取t=10mm;
则σ=(P*D+3P*t)/2.3t =56.5MPa

这时候ansys计算出的结果在45.6至60.6之间,结果与理论还是比较相符的。

留给大家一个问题,当t>0.3D时,油缸的壁厚方向受力状态是怎么样的呢?

内径D=100mm,压力P=10MPA,壁厚t=10mm时的应力状态。

内径D=100mm,压力P=10MPA,壁厚t=10mm时的应力状态。
 楼主| 发表于 2013-6-11 18:18:00 | 显示全部楼层 简体中文繁體中文
下面给出计算的命令流语句,供大家一块学习讨论,命令流未做简化,如有疑惑可以留言讨论。

FINISH
/CLEAR,NOSTART
/PREP7

D=100
T=5
P=10


ET,1,plane42
keyopt,1,3,0
MP,EX,1,2.1E+5
MP,PRXY,1,0.3

K,1,0,0,,
K,2,D/2,,,   
K,3,0,D/2,,
LARC,2,3,1,D/2,

K,4,D/2+T,,,   
K,5,0,D/2+T,,
LARC,4,5,1,D/2+T,

LSTR,       2,       4  
LSTR,       3,       5

LPLOT   
FLST,2,4,4  
FITEM,2,3   
FITEM,2,2   
FITEM,2,4   
FITEM,2,1   
AL,P51X

TYPE,   1   
MAT,       1
REAL,   
ESYS,       0   
SECNUM,
!*  


FLST,5,4,4,ORDE,2   
FITEM,5,1   
FITEM,5,-4  
CM,_Y,LINE  
LSEL, , , ,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y   
!*  
LESIZE,_Y1,2, , , , , , ,1  
!*  
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
!*  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       1
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
!*  
AMESH,_Y1   
!*  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
!*

FLST,2,1,4,ORDE,1   
FITEM,2,3   
!*  
/GO
DL,P51X, ,UY,

  
FLST,2,1,4,ORDE,1   
FITEM,2,4   
!*  
/GO
DL,P51X, ,UX,


FLST,2,1,4,ORDE,1   
FITEM,2,1   
/GO
!*  
SFL,P51X,PRES,10,   


/solu  
solve

sts



写在最后,由于时间紧迫,编写内容有些混乱,请看到帖子的同学多多理解支持。
自己的感受:公式得推导与验证可以帮助我们加深我们对问题的进一步理解,而且相关的问题会产生很强的关联性,比如求解螺栓预紧力的时候。求解公式分为克服断面摩擦力的部分和克服螺旋升角的部分,前者相当于压力平均的分布在圆端上,因此求解相应的回转阻力矩可以通过简单的积分求得。而求解回转支撑受较大弯矩时,求解其上螺栓的分布拉力,该问题相当于一个离散的积分问题,因为所有螺栓的合力矩等于作用在回转支撑上的弯矩。再进一步我们去求解回转支撑在受到较大弯矩时的回转摩擦力时,相当于上面两者的情况的合体,因为分布在每个滚珠上的压力不同,而且回转阻力矩的求解类似螺栓端面的求解方式。用自己的思考方式得到的结果去与已有结果对比验证,可以得到很多启示与思考。



发表于 2013-6-11 22:42:24 | 显示全部楼层 简体中文繁體中文
发表于 2013-6-13 22:48:19 | 显示全部楼层 简体中文繁體中文
发表于 2013-12-27 16:11:36 | 显示全部楼层 简体中文繁體中文
你好,大神,请问 我手算砂顶时能否用此公式计算,当里面用的河砂而不是油等液体时,哪个更不利于?假定用油计算出来的结果是否过于保守?
发表于 2014-11-10 09:10:40 | 显示全部楼层 简体中文繁體中文
资源很好。只是,有没有workbench的fluent案例
发表于 2015-10-29 16:02:57 | 显示全部楼层 简体中文繁體中文
发表于 2017-3-15 19:13:53 | 显示全部楼层 简体中文繁體中文
赞赞赞赞赞赞~~~~~~
发表于 2017-5-2 16:07:12 | 显示全部楼层 简体中文繁體中文
很好的讲解
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