ansys有限元在腕臂结构计算中的运用

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1、ANSYS有限元在腕臂结构计算中的运用中铁第四勘察设计院集团有限公司摘要：在接触网系统中，接触网腕臂支持结构的功能是支撑、定位并承受机械与电气荷载作用。腕臂结构的工作性能、稳定性与可靠性直接影响接触悬挂系统的稳定性及可靠性，通过总体分析可以了解两者之间的关系，进而对腕臂结构进行优化设计以提高腕臂系统的稳定性，因此对腕臂结构的精确分析意义重大。木文通过对有限元的计算方法介绍，阐述了利用ANSYS有限元软件对腕臂系统结构的受力计算的计算过程，总结腕臂系统的受力规律，为接触网系统腕臂结构设计提供可一种计算参考方法。关键词：腕臂系统；原理介绍；分析计算；有限元；ANSYS一、常规腕臂系统的理论计算方法

2、介绍图1旋转腕臂安装示意图①一水平腕臂②一斜腕臂③一定位管④一定位管支撑⑤一棒式绝缘子腕臂支持装置是由主要的受力件即平、斜腕臂管、定位管、定位器、绝缘子及其连接、支持、定位、固定等零部件组成。腕臂支持结构属于超静定结构，为便于公式推导和手工计算，以往分析时常将结构做一些简化，如忽略套管双耳等连接件，将承力索的荷载直接加到平腕臂上，将接触线的荷载直接加到定位换上等；再通过将定位管简化为简支梁结构；将平腕臂简化为悬臂+简支结构；将斜腕臂简化为简支梁结构，对每个构件分別进行强度、刚度、稳定性进行分析（静力学计算）。传统的手工计算方法虽然能系统的校验腕臂各构件的安全性，但毕竞手工计算比较繁琐，计算结果

3、不直观，且存在较明显的问题，如忽略连接件，则结构的几何尺

4、*与实际不一致，连接件对腕臂管的附加弯矩未计入。二、有限元的基本原理介绍有限元分析(FEA，FiniteElementAnalysis)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为奋限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。奋限元的核心思想是将结构离散化，将实际结构离散为奋限数S的规则单元系统，即将无限自由度的求解问题转化为有限自由度的问题，通过建

5、立数学方程获得冇限自由度的解，这样可以解决许多采用理论分析方法无法求解的复杂工程问题。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。有限元分析可分成三个阶段，前处理、求解和后处理。前处理是建立奋限元模型，完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果；具体操作步骤如下：1)前处理模块：创建有限元模型(1)创建或读入限元模型(2)定义材料属性(3)划分网格2)求解模块：施加载荷并求解(1)施加载荷及设定约束条件(2)求解3)后处理模块：查看结果(1)查看分析结果(2)检查结果是否正确三、采用AN

6、SYS有限元软件分析腕臂结构的意义对于腕臂结构的几何模型由若干个关键点的位置坐标来描述，根据几何尺

7、*首先确定各关键点的坐标，再进行相关点之间的连接以构成模型。在对关键点编号与连线吋，应预先考虑奋限元模型中的节点耦合的要求。故腕臂结构分析程序可在通用有限元分析软件ANSYS系统内进行开发；腕臂结构采用ANSYS冇限元进行分析具有以下等意义：1）、几何模型准确，成果信息丰富，能精确反应实际情况。2）、能模拟各种工作状态，为零件研制和校核、样机实验和定制相关标准参数提供依据和参考。3）、通过计算可以得到各个零部件的内力，为制定合理的零部件荷载标准提供有力的依据。4）、能综合考查腕臂结构的工作性能

8、，进而对各构件优化设计。四、利用ANSYS对腕臂结构分析计算步骤1）、结合线路的气象条件、张力体系、跨距、拉出值等工况条件，归纳计算作用在腕臂上的荷载大小，见表1:表1腕臂用的外部荷载归算表（供参考）注：表1中外部荷载的计算条件均按直线或曲线半径R>；5000m的曲线考虑，对于其它不在该范围内的线路条件应根据实际情况具体分析；限界暂按3.7m考虑。2）、收集腕臂结构系统的材料参数及几何尺T，见表23、根据安装图信息，确定腕臂结构的模型、安装尺寸见图2;5、根据步骤2收集的材料参数，定义腕臂结构系统各杆件的材料参数；6、定义约束条件，选择约束方程，划分腕臂结构单元网格；7、根据步骤1归纳总

9、结的荷载，施加荷载；8、求解；9、结果读取、分析结果，见图4、图5;图4腕臂有限元计算位移及应力云图（钢腕臂）图5腕臂有限元计算位移及应力云图（铝合金）从以上分析计算步骤可以看出，利用ANYSYS有限元软件对腕臂结构进行分析具有以下等优点：1）、可以更方便的处理一般工况荷载条件。2）、可以模拟出几种不同材料构成的结构系统，提供较为准确的分析计算。3）、可以随吋改变模型的边界条件。4）、可以随吋改变