掩护梁有限元分析及其强度评价方法.pdfVIP

维普资讯 第 28卷第 1期 河南工业大学学报 (自然科 学版 ) Vo1．28，No．1 2007年 2月 JournalofHenanUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition) Feb．2007 文章编号 ：1673-2383(2007)01--0049—03 掩护梁有 限元分析及其强度评价方法 梁醒培 ，李爱花 ，刘九丰 (1．河南工业大学，河南 郑州450052；2．郑州煤矿机械集团有限责任公司，河南 郑州450013) 摘要 ：将掩护粱三维CAD实体模直接型转入有限元系统的方法对掩护梁进行应力计算 ，为掩 护粱的强度设计提供 了更详细的应力参考数据．通过有限元计算结果与常规设计方法的对比 分析 ，对掩护粱常规设计方法进行 了评价并提 出了改进掩护粱强度设计的方法． 关键词：有 限元；掩护粱；强度设计 中图分类号 ：TBI22 文献标识码：A 0 前言 1 计算模型 液压支架是我 国 自动化综合开采 的主力设 1．1 网格剖分 备，在常规设计中I，是根据材料力学或板壳理 在进行有 限元强度计算之前 ，一般 需要对 论的简化公式 ：首先按照平面力系求 出各个部件 CAD软件建立的三维实体模型进行适当的简化 ， 的弯矩 ，进而按材料力学 中梁的理论求得部件不 比如 ，去掉对强度计算结果影响不大的导角 、用于 同截面的最大应力 ，再把这些应力和设计使用经 固定导线的挂钩等 ，以便减小有限元计算规模 ，这 些简化工作可以在 CAD系统中完成 ，也可以在有 验、安全系数结合起来考虑进行强度校核．待设计 限元系统 中进行 ，本文是在 CAD系统中完成的． 制造完成后 ，还要按照我国煤炭行业标准 对液 压支架进行压架试验 ，满足试验要求后方可投入 使用． 有限元法是一种有效的计算方法 ，文献 [3]、 [4]对液压支架的顶梁和底座进行 了优化设计 ， 使重量比原设计减少了约 14％．资料 [5]也指 出， 采用有限元法是液压支架强度设计的一个有效手 段．但是 ，有限元法在 目前的液压支架强度设计中 很少采用 ，仍延用着常规设计方法．掩护梁是液压 支架 的主要部件之一 ，本文借助掩护梁 的三维 图 1 三维实体模型 CAD实体模型，相应建立了它 的三维有 限元计算 模型，然后施加力和位移边界条件 ，并进行网格剖 分和求解 ，获得了掩护梁的应力 ，并与常规设计方 法求得的应力做 了对 比分析，对掩护梁常规设计 方法提出了改进建议 ． 收稿 日期 ：2006-06-09 作者简介：粱醒培(1950-)·男河·南兰考人教·授，博士生导师，主 图2 三维有限元网格 要研究方 向为结构强度数值模拟与结构优化设计． 维普资讯 河南工业大学学报 (自然科学版) 第28卷 图 1是掩护梁的三维实体模型，将其直接导 入有限元系统后 ，为了缩小计算规模 ，考虑到掩护 梁结构和所受载荷 的对称性 ，通过 “布尔”运算 ， 用平行于 坐标平面的平面沿掩护梁的对称面 将其一分为二 ，仅留一半作为计算对象．采用三维 实体单元进行 网格剖分 ，得到如 图2所示的有限 元计算网格． 1．2 边界条件 由于取掩护梁 的一半作为计算对象，在切开 37．06 。 剐 。 的对称面上施加对称位移边界条件 ，在掩护梁与