钢缆索节的有限元分析

作者：天津大学 郑炜 刘灿辉 郑文萱 何世友

欢迎访问e展厅 展厅 10 通用零部件展厅 粉末冶金零件, 硬质合金, 铸件, 塑料制品, 橡胶零部件, ... 起吊索具中的钢缆索节型索具是大型起吊作业和海上拖带作业的关键设备之一。在海上起吊和拖航作业中曾经出现过钢缆索具中索节断裂的重大事故，可见索节的可靠性对保证大型起吊作业、拖航和起抛锚作业的安全有着十分重要的意义。为了设计新型钢缆吊索具，本文对索节进行了有限元分析，其结果为提高索节的整体强度和设计新型索节提供了理论依据。 1 索节有限元分析前处理 根据设计资料，所分析索节的结构尺寸如图1所示，材料为ZG230－450，许用拉力为1 800 KN。 由于在索节锥孔内钢缆与索节用锌铝合金浇铸成一体，钢缆受拉时对索节锥孔的作用力按均布载荷作用于整个锥孔。索节的另一端拉环通常与一半圆形卸扣连接，将所受拉力载荷按均布载荷作用于拉环中间部位宽20 mm内的各节点上。。有限元分析计算中，所采用的分析计算工具为“ANSYS5.6.1”有限元分析软件。结构被离散成7 751个三维立体单元。 2 索节有限元计算结果分析 索节有限元分析受拉后的网格变形如图2所示，应力分布如图3所示，各部位应力大小由颜色深浅可以区分，浅色应力较大，深色应力较小。从有限元分析的输出结果和应力图可以看到：索节受拉时拉环端内侧中间白色区域部位的应力较大，最大应力为39.5mＰａ；而索节锥形体部位最大直径处的黑色区域产生的应力最小，其应力值为3.1 mＰａ；索节变形的最大位置在索节受拉端拉环顶部内侧中间对称线上，其最大值为0.057 mm。 海上索节设计强度的安全系数可取6～9，从上面的计算结果可以看到，所分析索节的强度满足设计要求。 根据有限元分析强度校核可以看出，索节的强度安全系数储备达到11以上，大大超过设计规范。这主要是由于早期的设计采用手工计算，受计算工具的限制将受力模型简化为集中力，使理论计算受力假设与实际受力状况不符。这也是我国所生产的索节比国外的索节大而且笨重的根本原因。从中我们可以看出，将索节设计得更加小巧轻便在理论上和实际中都是可行的。 3 索节制造工艺性分析及应用建议 从有限元分析还得出结论，应力最小值在索节锥形体部位的最大直径处，且离拉环最远的部位（黑色区域）。而最大应力在拉环顶部受力端内侧的中间位置（白色区域）。在目前索节的生产中，有的制造厂家将浇铸冒口放在拉环受力端中间两侧面的位置，这显然是不合理的。冒口处最容易产生铸造缺陷，从提高索节受力的整体强度，减小由于内部铸造缺陷对整体强度的影响来看，将浇铸冒口放在锥形体部位直径最大处，且远离拉环的部位更加合理（图3中黑色区域），有利于提高索节的整体性能。 通讯地址：天津市卫津路92号天津大学机械工程学院（300072）(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/17/2005)