斜梯扶手受力分析的探讨

摘要：本文通过分别使用无网格划分软件SimSolid与有限元分析软件对斜梯扶手进行静力学分析，根据楼梯扶手国标要求，施加相应集中载荷890N力，在相同条件下进行仿真分析，对比其结果，以验证无网格划分软件SimSolid使用可行性。

一 背景

根据实际生产需要，现需对一段斜梯扶手进行受力分析，以验证设计的可行性，为后期设计优化提供经验，现采用SimSolid与常用有限元分析软件（前端网格划分软件+Abaqus求解器）分别对斜梯扶手进行静力学分析，斜梯扶手具体样式如图1.1所示。

图1.1 斜梯扶手数模样式

二 相关参数

斜梯扶手采用铝合金材质6063-T6，扶手长横梁采用 “日”字形型材尺寸参数为40*50-3mm，其余部分均为30*30-3mm方管，相关性能参数如下表所示。

表2.1 性能参数表

根据GB 4053.2-2009 《固定式钢梯及平台安全要求 第2部分钢斜梯》中4.3设计载荷中条款。斜梯扶手应能承受在除了向上的任何方向施加的不小于890N集中载荷。

因此该模拟方案选择将长扶手梁两端，及扶手纵梁底部进行全约束，在长扶手梁侧面水平施加890N集中载荷。具体约束及受力情况如图2.1所示。

图2.1 受力分布

三 模拟仿真

3.1 网格法有限元分析

通过使用有限元软件对数模进行前期网格处理，使用焊接方式对零件进行连接，连接采用rbe2单元格式，并完成材料属性赋予工作，最后将处理后得到的.inp文件导入至Abaqus求解器中，在Abaqus求解器中施加约束与载荷，并进行运算。最大应力为43.39MPa,最大位移量为2.92mm其云图结果如图3.1所示。

a应力分布云图

b 位移分布云图

3.2 无网格法有限元分析

通过使用SimSolid直接与设计软件对接，将数模导入SimSolid中，对数模进行材料赋予，并使用静力分析模式对数模进行处理，该数模连接未采用软件自带自动接触连接，采用手动增添焊接模式进行连接，并根据相关条件进行约束与载荷施加，最后进行运算。最大应力为54.227MPa,最大位移量为2.92mm其云图结果如图3.1所示。

a应力分布云图

b 位移分布云图

四 结论

通过使用两种不同软件对扶手进行分析，查看其相同位置受力情况，得出以下结论。

1、模型处理时间：对于小型模型，运算时间相差不大，但对于前期处理来说SimSolid更为简单方便，相关设置更为人性化。

2、应力最值问题：该零件为焊接装配体，应力最值集中于焊接位置，使用网格划分时需特意添加焊道才可以得到焊接处应力大小，对于普通方式设置则默认为整体，而SimSolid采用焊接模式连接则自动添加焊道，并将此位置参与相应计算，故最值应力存在一定差异行。

3、观测位置参数：对于网格划分有限元分析，其受力点与底部约束位置应力分别为：22.517Mpa，39.64Mpa，受力点位移为2.85mm，通过SimSolid获取相应位置应力分别为：21.89Mpa，37.97Mpa，受力点位移为2.57mm，综合看两者结果相差不大，均可做为设计参考。

综合本次模拟结果分析可知，对于设计周期有限，结构相对简单的产品设计，可以通过使用SimSolid进行分析，已到达节省设计周期，降低生产成本的目的。

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