| PRODUCTS |
| 有限元分析 |
圆环链作为刮板输送机的主要牵引机构，其可靠性直接影响着刮板输送机能否正常工作，对其接触强度分析具有重要的实际意义。采用弹性接触理论对圆环链进行接触分析，并分别使用赫兹理论和有限元分析对刮板输送机的圆环链进行强度分析，验证了有限元解决此类问题的可行性。
赫兹理论与有限元接触分析算例比较通过对2个算例的接触分析，来验证有限元接触分析的可行性。
1881年，赫兹(Hertz)解决了弹性接触问题，形成了赫兹理论，此后威德科(Vidcky)把赫兹理论用于直齿圆柱齿轮的设计计算中，并且一直沿用至今。经典赫兹理论成立的4种假设条件是：①2个接触的物体之间不发生刚体运动；②接触点事先确定好，且物体的变形属于小变形，在接触和分离的过程中，这些行为均在可能接触的相应点进行；③应力与应变之间的关系属于线性关系；④接触表面足够光滑，忽略接触面的介质和摩擦的影响。赫兹理论用于求解比较简单的接触问题。通常情况下，接触体的形状是比较规则的，边界条件不复杂。实际上，大多数的工程接触可以简化为赫兹理论的典型求解模型。
但是赫兹理论适用的条件比较有限，一般适用于圆柱与无限大平面接触，或者球体之间的接触。对于一些复杂的接触问题，由于形状复杂，有塑性变形，并包含摩擦等，赫兹理论难以求解。有限元法的出现使一些工程难题得以有效解决，成为了一种有效的工程计算工具。
使用ANSYS Workbench求解接触问题和赫兹理论求解差别很小，接触应力误差在2％以内。由于赫兹理论是建立在4种理想假设情况下的，结果应该比实际工况偏大，因此，有限元法是可行与准确的。这种可行性在实际工程计算中更加具有优势，因为实际的接触面往往更复杂，不规则，包含摩擦、塑性变形和材料非线性。运用经典接触理论求解这类复杂问题难度很大，甚至无法计算。但有限元法是完全可行的，难度不高，因此，有限元法是求解复杂接触问题很有效的手段。
根据对圆环链接触问题的研究，为了便于分析而对模型做以下几项合理的假设和简化：①不考虑接触区域杂质、油污或煤渣的影响；②模拟圆环链对的接触，将其中一环固定；③由于圆环链的直边台阶对圆环链接触应力分布影响较小，为方便三维建模及划分网格，将其忽略不计；④暂不考虑圆环链材料的塑性变形，假定圆环链的变形在弹性变形范围之内。
通过ANSYS Workbench有限元软件对刮板输送机圆环链进行接触分析，计算了4种工况的接触应力和变形，做了工况之间的对比，分析了轴线倾角的变化引起接触区域变化的原因，得出了有限元接触强度分析的可行性以及轴线倾角对接触应力的影响。其中0°工况与传统的赫兹解基本一致，说明了有限元分析能够替代传统的赫兹理论分析，为圆环链的接触分析提供了一个参考。但是基于ANSYS Workbench的有限元解是在许多假设和模型简化的条件下求出的，因此存在误差，但是这个误差被控制在5%以内。要获得更加精确的求解，网格的划分必须更加细致，而且还要考虑材料的塑性变形以及冲击载荷，这样就使圆环链的接触问题更加复杂，难度较大，还需要大量更加深入的分析和研究。
专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
杭州那泰科技咨询有限公司
本文出自杭州那泰科技咨询有限公司www.nataik.com，转载请注明出处和相关链接！
