基于SolidWorks的灯臂焊管组焊的有限元分析

1 有限元分析

    1.1 模型建立

    图1 90W灯臂三维模型

    1.2 属性定义

    表1 Q23s材料属性

    1.3 网格划分

    图2 灯臂的有限元实体网格

    1.4 分析求解

    表2 应力、应变、位移的极值分布单元

    图3 灯臂的von Mises应力云图

    图4 灯臂的位移云图

2 验证计算

    2.1 焊缝强度计算

    参数输入：忽略灯具与杆体自重，施加载荷Q=1500N，风速45m/s（14级台风）；熔深，焊缝宽度，焊缝长度；安全系数n=1.5；焊条材料E4301；手工焊，焊缝质量等级三级。

    Q23s的许用应力：标准状态下，焊缝处所承受的风载荷；当焊缝径向受压时；当焊缝轴向受压时。

    2.2 仿真分析

    图5 焊缝处材料的安全系数云图 3 结论

    3.1 从图6中可以得出：当=794MPa时，即灯臂已经断裂的情况下，焊缝位置的，焊接区域未见明显塑性变形和裂痕，焊条的强度性能略高于母体，焊缝强度满足要求；

    图6 灯臂破坏下的von Mises应力云图

    3.2 从图5中可以得出：在45m/s风速下，焊缝处的安全系数最小分别为51.49、32.62，焊缝安全系数满足要求；

    3.3 从式1中可以看出：焊缝处的工作应力远小于材料的许用应力；

    3.4 从图2中可以看出：灯臂的应力集中区域在60焊管、48焊管的根部与185焊管的结合处；

4 建议

    4.1 建议减小图1中加强筋板的迎风面积，可以考虑开腰形孔，避免应力集中；

    4.2 建议管材优先选用国标第一、第二系列，以防止因供应链的变动而出现市场上材料供需不足的情况；