交流液压回路阀块有限元分析

　　0 引言

　　交流液压技术是近年来发展起来的一门新兴学科,是液压技术的一个新领域。在交流液压系统中,液体可以在管道中往复流动;或者液压管道中的液体根本不流动,只是其压力作正弦波交变[1]。对于自行设计的脉动交流液压系统集成块,在未进行加工制造及试验之前进行应力分析很有意义。集成块结构复杂,难以用解析法求解,而利用有限元法等数值方法方便有效。

　　1 三维弹性有限元基本理论

　　在连续体力学中,三维固体通常用四面体元或六面体元来离散。通常假定在这些单元之间满足位移但不满足导数(铰接节点)的协调性[2]。单元节点力与节点位移之间的关系可用下列矩阵方程表示

　　式中:{p}(e))单元节点力矩阵;

　　[K](e))单元刚度矩阵, [K](e)=[B]^T[D][B];

　　{D}(e))单元节点位移矩阵。

　　单元内各点位移与节点位移的关系

　　线弹性状态下,应力与应变关系为

　　式中:[D]--弹性矩阵。

　　在三维固体力学弹性有限元中,应变与位移关系为

　　2 阀块参数及有限元分析模型

　　阀块材料为35^#锻钢,经过探伤检查无锻造裂痕。阀块长宽高为215mm170mm220mm,进回油孔直径均为32mm,四个螺栓孔直径为17.5mm。具体尺寸结构参数如图1所示。

　　利用有限元分析软件ANSYS,根据阀块结构形式及受力状况,并忽略焊后工艺孔及螺纹的影响,建立如图2所示的整体分析模型。

　　阀块整体视为弹性体,高压孔内液体压力为30MPa,四个螺栓孔简支用以限制刚体位移[3]。采用10节点四面体单元(SOL-ID92),用Smart方式划分网格,在孔的周围单元细密,远离孔的地方单元稀疏。单元总数为10046,阀块的弹性模量为210GPa,泊松比为0.3,密度为7.8510³kg/m³。

　　3 结果分析

　　采用上述方法进行有限元分析后,阀块内不同孔的截面上等效应力分布如图3所示。

　　从图中可见,在孔的相贯处附近区域等效应力最大,因此在设计要注意尖角,尽量减少应力集中。同时,两个孔之间的距离在结构允许的情况下尽可能大。从图中可以看出,自行设计的交流液压回路阀块满足使用要求。

　　参考文献

　　【1】赵静一,王益群,交流液压技术的工作原理及其应用和发展.液压与气动, 1998 (3): 11~13.

　　【2】H1卡德斯图赛,有限元法手册.科学出版社,1996.5.

　　【3】杨秀萍,曹晓邨,液压缸结构设计的有限元法.机床与液压, 2004 (1): 108~109.