沖擊器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置分析
本案例通過Simsolid對(duì)石油鉆探領(lǐng)域的液動(dòng)沖擊器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置受力狀態(tài)進(jìn)行分析。
首先導(dǎo)入模型,簡(jiǎn)化后的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置如圖所示,其中灰色部分為驅(qū)動(dòng)端位于鉆具上部,通過齒根的上部、底部、側(cè)部(僅一邊接觸)與被驅(qū)動(dòng)端接觸,并帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。

導(dǎo)入模型后可以在Setting下Material database中材料進(jìn)行修改設(shè)定,本案例中選擇AISI 8630鋼作為兩部件材料,性能參數(shù)如下:

之后在Project tree中Assembly下單擊各Part,在右側(cè)一列Apply Material完成材料的定義,并在Connection中對(duì)接觸情況進(jìn)行觀察,由于導(dǎo)入時(shí)模型時(shí)可以根據(jù)指定數(shù)值完成自動(dòng)設(shè)置接觸,可以在下圖在看到在本模型中,與實(shí)際情況符合的約束已自動(dòng)建立。


由于本項(xiàng)目研究其在靜力作用下的受力情況,因此在標(biāo)題欄的Analysis下選擇Structural linear,在如圖所示工具欄中完成底部固定約束(Immovable Support),上部壓力(Force,100000N),側(cè)面扭矩(Remote,-100000N·M)的設(shè)定。根據(jù)計(jì)算精度,還可以在Project Tree下點(diǎn)擊Solution Setting,通過Custom,對(duì)計(jì)算精度(1-7級(jí)),適應(yīng)算法(Adapt to features和adapt to thin solids),精修等級(jí)(standard to high)進(jìn)行勾選/選擇,最后點(diǎn)擊工具欄的Solve,大約只需十幾秒即可輸出結(jié)果,并在Result Plot中對(duì)等效應(yīng)力、應(yīng)變等進(jìn)行查看。


如圖所示為等效應(yīng)力分布結(jié)果,通過對(duì)Legend 可以對(duì)最大最小應(yīng)力位置進(jìn)行觀察,還可以通過主工具欄中的pick info和result graph進(jìn)行點(diǎn)、面的統(tǒng)計(jì)和規(guī)律性研究。可見結(jié)構(gòu)中應(yīng)力最大的位置出現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)端和被驅(qū)動(dòng)端的齒根上面與下面接觸位置,與現(xiàn)場(chǎng)使用中起裂位置一致,因此可以通過Simsolid等軟件對(duì)其倒角結(jié)構(gòu)參數(shù)和齒數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以減少其應(yīng)力集中,延長(zhǎng)使用壽命。


Simsold是一款高效快捷的有限元模擬軟件,由于界面簡(jiǎn)潔、兼容性好、集成度高、無需劃分網(wǎng)格(傳統(tǒng)計(jì)算中約占總時(shí)長(zhǎng)80%以上)以及計(jì)算精度高(與Abaqus、Ansys等計(jì)算結(jié)果差別在5%左右)等優(yōu)點(diǎn),為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿真者提供了極大的便利,我們相信隨著Simsolid算法的不斷優(yōu)化,Simsolid必將在更多專業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。



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