基于HyperMesh與ANSYS的四通強度分析

（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司,遼寧 沈陽 110144）

基于HyperMesh與ANSYS的四通強度分析

黃 林 周立瑤

（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司,遼寧 沈陽 110144）

本文以某型號雙缸雙作用隔膜泵的四通為研究對象，基于HyperMesh與ANSYS軟件平臺，對該零件進行有限元分析，并根據(jù)計算結(jié)果完成了強度校核，確保了零件的使用壽命。

四通；雙缸雙作用隔膜泵；HyperMesh；ANSYS

1 概述

雙缸雙作用隔膜泵以設(shè)備小巧、成本低廉的優(yōu)點，在煤化工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。與三缸單作用隔膜泵不同，雙缸雙作用隔膜泵液力端包括兩個進料管、四個進料閥箱、四個隔膜室、四個出料閥箱及帶有四個出料分支的出料管，在出料管中間的位置，設(shè)有四通、氮氣包等零件。

作為各出料的中間聯(lián)接件，四通內(nèi)壁承受著液體壓力，螺栓聯(lián)接處受到相連接件的螺栓拉力，為了保證四通在使用過程中的安全性，對其進行強度計算及校核十分必要。

ANSYS軟件是一款行業(yè)公認的集建模、加載、求解為一體的有限元分析軟件，其最大的優(yōu)勢在于求解。HyperMesh為Hyperworks軟件的前處理模塊，具有強大的前處理功能，在劃分網(wǎng)格方面尤為突出。本文基于上述兩種軟件平臺，充分利用不同軟件的優(yōu)勢，完成四通的有限元分析，為復雜零件的有限元分析途徑提供了一種思路。

2 四通強度分析

2.1 建立模型

采用SolidWorks軟件建立四通模型，如圖1所示，模型前、后兩面為與出料支管的接觸面，左面為與出料法蘭的連接面，上面為與氮氣包的接觸面，右面為與固定板的連接面。

圖1 四通幾何模型圖

2.2 基于HyperMesh的網(wǎng)格劃分及加載

（1）模型導入：將Solidworks模型文件保存為.sat格式，并導入HyperMesh軟件中。

（2）劃分網(wǎng)格：整體網(wǎng)格尺寸為15mm，內(nèi)表面圓角處網(wǎng)格尺寸為3mm。

（3）設(shè)置材料屬性：四通所用材質(zhì)為ZG20Mn，其機械性能為抗拉強度σb=510MPa，屈服強度σs= 295MPa。在HyperMesh中建立相關(guān)材料：彈性模量E=206000MPa，泊松比μ=0.3。

（4）設(shè)置單元類型：在HyperMesh中建立單元類型為實體單元solid45。

（5）施加約束及載荷：在四通與出料管聯(lián)接的前、后連接面施加X、Y向約束；在四通與固定板聯(lián)接的右側(cè)面施加Z向約束；分別在四通與氮氣包聯(lián)接、四通出料口的螺紋孔處施加螺栓力；在四通的內(nèi)部承壓表面施加壓力2MPa。

（6）屬性設(shè)置：將單元類型、材料類型附加在劃分網(wǎng)格后的單元集上。

網(wǎng)格劃分及加載后的有限元模型如圖2所示。

圖2 四通有限元模型圖

2.3 基于ANSYS的結(jié)果計算

將HyperMesh處理后的模型保存為.cdb格式，然后輸入至ANSYS中，經(jīng)求解后，得到該四通個應(yīng)力分布圖與變形分布圖如圖3、圖4所示。

圖3 四通節(jié)點應(yīng)力圖

圖4 四通變形圖

由應(yīng)力分布云圖可知，四通最大等效應(yīng)力位于里側(cè)相貫線處，最大應(yīng)力最大變形位于左側(cè)與出料法蘭的連接處，最大變形

3 強度校核

（1）靜強度校核：

許用安全系數(shù)[S]=2，由于S＞[S]，所以靜強度合格。

（2）疲勞強度校核：

σ-1—疲勞極限，取185MPa。k—應(yīng)力集中系數(shù)，取1。σa—應(yīng)力幅，取11.223MPa。ε—尺寸系數(shù)，取0.63。β—表面加工系數(shù)，取0.76。ψm—平均應(yīng)力影響系數(shù)，取0.36。σm—平均應(yīng)力，取5.61。

經(jīng)計算得S=2.56，許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)[S]=2.5，由于S＞[S]，所以疲勞強度合格。

結(jié)語

本文基于HyperMesh與ANSYS軟件，通過對四通的有限元分析，得到了四通的應(yīng)力與變形分布，并完成了靜強度與疲勞強度的校核。本文不僅為四通的強度計算提供了方法，也為其他大型或復雜零件有限元分析的軟件應(yīng)用拓寬了思路。

[1]于開平，周傳月，譚惠豐，等．HyperMesh從入門到精通[D]．科學出版社，2005．

[2]成大先．機械設(shè)計手冊[D]．北京:化學工業(yè)出版社，2006．

TH323 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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