基于HyperMesh与ANSYS的四通强度分析

（中国有色（沈阳）泵业有限公司,辽宁 沈阳 110144）

基于HyperMesh与ANSYS的四通强度分析

黄 林 周立瑶

（中国有色（沈阳）泵业有限公司,辽宁 沈阳 110144）

本文以某型号双缸双作用隔膜泵的四通为研究对象，基于HyperMesh与ANSYS软件平台，对该零件进行有限元分析，并根据计算结果完成了强度校核，确保了零件的使用寿命。

四通；双缸双作用隔膜泵；HyperMesh；ANSYS

1 概述

双缸双作用隔膜泵以设备小巧、成本低廉的优点，在煤化工等领域得到了广泛应用。与三缸单作用隔膜泵不同，双缸双作用隔膜泵液力端包括两个进料管、四个进料阀箱、四个隔膜室、四个出料阀箱及带有四个出料分支的出料管，在出料管中间的位置，设有四通、氮气包等零件。

作为各出料的中间联接件，四通内壁承受着液体压力，螺栓联接处受到相连接件的螺栓拉力，为了保证四通在使用过程中的安全性，对其进行强度计算及校核十分必要。

ANSYS软件是一款行业公认的集建模、加载、求解为一体的有限元分析软件，其最大的优势在于求解。HyperMesh为Hyperworks软件的前处理模块，具有强大的前处理功能，在划分网格方面尤为突出。本文基于上述两种软件平台，充分利用不同软件的优势，完成四通的有限元分析，为复杂零件的有限元分析途径提供了一种思路。

2 四通强度分析

2.1 建立模型

采用SolidWorks软件建立四通模型，如图1所示，模型前、后两面为与出料支管的接触面，左面为与出料法兰的连接面，上面为与氮气包的接触面，右面为与固定板的连接面。

图1 四通几何模型图

2.2 基于HyperMesh的网格划分及加载

（1）模型导入：将Solidworks模型文件保存为.sat格式，并导入HyperMesh软件中。

（2）划分网格：整体网格尺寸为15mm，内表面圆角处网格尺寸为3mm。

（3）设置材料属性：四通所用材质为ZG20Mn，其机械性能为抗拉强度σb=510MPa，屈服强度σs= 295MPa。在HyperMesh中建立相关材料：弹性模量E=206000MPa，泊松比μ=0.3。

（4）设置单元类型：在HyperMesh中建立单元类型为实体单元solid45。

（5）施加约束及载荷：在四通与出料管联接的前、后连接面施加X、Y向约束；在四通与固定板联接的右侧面施加Z向约束；分别在四通与氮气包联接、四通出料口的螺纹孔处施加螺栓力；在四通的内部承压表面施加压力2MPa。

（6）属性设置：将单元类型、材料类型附加在划分网格后的单元集上。

网格划分及加载后的有限元模型如图2所示。

图2 四通有限元模型图

2.3 基于ANSYS的结果计算

将HyperMesh处理后的模型保存为.cdb格式，然后输入至ANSYS中，经求解后，得到该四通个应力分布图与变形分布图如图3、图4所示。

图3 四通节点应力图

图4 四通变形图

由应力分布云图可知，四通最大等效应力位于里侧相贯线处，最大应力最大变形位于左侧与出料法兰的连接处，最大变形

3 强度校核

（1）静强度校核：

许用安全系数[S]=2，由于S＞[S]，所以静强度合格。

（2）疲劳强度校核：

σ-1—疲劳极限，取185MPa。k—应力集中系数，取1。σa—应力幅，取11.223MPa。ε—尺寸系数，取0.63。β—表面加工系数，取0.76。ψm—平均应力影响系数，取0.36。σm—平均应力，取5.61。

经计算得S=2.56，许用安全系数许用安全系数[S]=2.5，由于S＞[S]，所以疲劳强度合格。

结语

本文基于HyperMesh与ANSYS软件，通过对四通的有限元分析，得到了四通的应力与变形分布，并完成了静强度与疲劳强度的校核。本文不仅为四通的强度计算提供了方法，也为其他大型或复杂零件有限元分析的软件应用拓宽了思路。

[1]于开平，周传月，谭惠丰，等．HyperMesh从入门到精通[D]．科学出版社，2005．

[2]成大先．机械设计手册[D]．北京:化学工业出版社，2006．

TH323 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

A