斜梯扶手.zip

                          斜梯扶手受力分析

摘要：本文通過分別使用無網格劃分軟件SimSolid與有限元分析軟件對斜梯扶手進行靜力學分析，根據樓梯扶手國標要求，施加相應集中載荷890N力，在相同條件下進行仿真分析，對比其結果，以驗證無網格劃分軟件SimSolid使用可行性。

關鍵詞：SimSolid  有限元分析 靜力學仿真

一 背景

根據實際生產需要，現需對一段斜梯扶手進行受力分析，以驗證設計的可行性，為后期設計優化提供經驗，現采用SimSolid與常用有限元分析軟件（前端網格劃分軟件+Abaqus求解器）分別對斜梯扶手進行靜力學分析，斜梯扶手具體樣式如圖1.1所示。

                         圖1.1 斜梯扶手數模樣式

二 相關參數

斜梯扶手采用鋁合金材質6063-T6，扶手長橫梁采用 “日”字形型材尺寸參數為40*50-3mm，其余部分均為30*30-3mm方管，相關性能參數如下表所示。

表2.1 性能參數表

材料牌號	密度 T/mm3	彈性模量   MPa	泊松比	屈服強度   MPa	抗拉強度   MPa	延伸率   %
6063-T6	2.70E-9	69000	0.33	170	215	6

根據GB 4053.2-2009 《固定式鋼梯及平臺安全要求 第2部分鋼斜梯》中4.3設計載荷中條款。斜梯扶手應能承受在除了向上的任何方向施加的不小于890N集中載荷。

因此該模擬方案選擇將長扶手梁兩端，及扶手縱梁底部進行全約束，在長扶手梁側面水平施加890N集中載荷。具體約束及受力情況如圖2.1所示。

                      圖2.1 受力分布

三 模擬仿真

3.1 網格法有限元分析

通過使用有限元軟件對數模進行前期網格處理，使用焊接方式對零件進行連接，連接采用rbe2單元格式，并完成材料屬性賦予工作，最后將處理后得到的.inp文件導入至Abaqus求解器中，在Abaqus求解器中施加約束與載荷，并進行運算。最大應力為43.39MPa,最大位移量為2.92mm其云圖結果如圖3.1所示。

                            a應力分布云圖

                            b 位移分布云圖

3.2 無網格法有限元分析

通過使用SimSolid直接與設計軟件對接，將數模導入SimSolid中，對數模進行材料賦予，并使用靜力分析模式對數模進行處理，該數模連接未采用軟件自帶自動接觸連接，采用手動增添焊接模式進行連接，并根據相關條件進行約束與載荷施加，最后進行運算。最大應力為54.227MPa,最大位移量為2.92mm其云圖結果如圖3.1所示。

                            a應力分布云圖

                          b 位移分布云圖

四 結論

通過使用兩種不同軟件對扶手進行分析，查看其相同位置受力情況，得出以下結論。

1、模型處理時間：對于小型模型，運算時間相差不大，但對于前期處理來說SimSolid更為簡單方便，相關設置更為人性化。

2、應力最值問題：該零件為焊接裝配體，應力最值集中于焊接位置，使用網格劃分時需特意添加焊道才可以得到焊接處應力大小，對于普通方式設置則默認為整體，而SimSolid采用焊接模式連接則自動添加焊道，并將此位置參與相應計算，故最值應力存在一定差異行。

3、觀測位置參數：對于網格劃分有限元分析，其受力點與底部約束位置應力分別為：22.517Mpa，39.64Mpa，受力點位移為2.85mm，通過SimSolid獲取相應位置應力分別為：21.89Mpa，37.97Mpa，受力點位移為2.57mm，綜合看兩者結果相差不大，均可做為設計參考。

綜合本次模擬結果分析可知，對于設計周期有限，結構相對簡單的產品設計，可以通過使用SimSolid進行分析，已到達節省設計周期，降低生產成本的目的。