基于Inventor的滑索支架有限元分析及优化

李晨阳，马栋联，康红伟，张俊峰



基于Inventor的滑索支架有限元分析及优化

李晨阳，马栋联，康红伟，张俊峰

（黄河科技学院，河南 郑州 450000）

支架是滑索的主要受力零件之一，在绳索拉力作用下，易产生应力集中。利用Inventor软件对滑索支架进行建模、有限元分析等，旨在探讨其应力分布，并寻求优化的结构设计。分析结果显示，滑索支架在相同载荷条件下，随着支杆结构位置变化，最大应力集中值改变。横斜杆结构形态时，最大应力集中值只是横杆滑索支架的30%。另外，左右立支架与斜支撑架间的角度的改变对于滑索支架的最大应力值有着明显影响。综上所述，在横斜杆状态下，横斜杆在30°±1°之间时，应力集中值最小。

有限元分析；滑索支架；Inventor

滑索支架是山体观光类固定支架，属于游乐特种设备，要求具有较高的使用安全性能。采用Inventor有限元分析，改变滑索支架的相关结构和角度，得到受力分布的数据，对数据进行对比分析后，改进优化滑索支架，减小应力集中，提高安全系数。

现有滑索支架结构为门型，材料为普通结构钢管，结构尺寸须符合国标《滑索安全技术要求（试行）》国质检锅（2002）120号[1]要求。

1 建模

为了建模方便，在建模时将滑索支架空心钢管改为实心焊接结构。三种结构统一选择立柱与斜支撑架呈30°，建滑索支架三维模型，先选取面，画出横梁和左立柱二维草图，以横梁中心线和左立柱中心线分别旋转得三维左支撑架以及横梁，再选取面，平面绕边旋转，建立交横梁于60°、左立柱于30°的平面，画出斜支撑结构二维草图，以斜支撑中心线旋转得三维斜支撑架，再选择面，画出地脚连接板二维草图，拉伸得三维地脚连接板，最后建三维左导向机构底座。

滑索支架是轴对称门型结构，选中左半部分实体，以滑索支架中心面为镜像面，镜像右半部分即可得滑索整体。三种结构除横杆、斜杆、横斜杆草图及旋转方式不同外，其他命令均相似[4]，得到三种不同结构分别为：横杆滑索支架（图1）、由横杆改为斜杆的斜杆滑索支架（图2）、图1和图2结合的横斜杆滑索支架（图3）。

图1 横杆滑索支架等效应力分布

图2 斜杆滑索支架等效应力分布

图3 横斜杆滑索支架等效应力分布

2 定参数应力分析

三种模型的参数基本相同，包括材料、约束、施力、网格划分一致。

材料：Q235-B[2]。

约束：滑索支架有四块400×400×30的地脚连接板[3]，选择其接地处固定约束。

施力：选择在横梁上两边呈一定角度的左右导向机构，施加适当压力。

网络格：选择网络格元素5，对整体进行粗范围应力分析知应力集中范围，再重新对集中范围局部选择网络格小元素：0.5，再重新进行应力分析。

3 Inventor分析

分析结果如表1所示，可知，采用横斜杆结构是滑索支架设计的首选。

表1 Inventor分析

4 斜支撑不同角度结构对支架受力的影响

4.1 建模与应力分析

通过改变三种结构中左右立支架与斜支撑架间的角度（＝10°、20°、30°、40°、50°、60°）如图4所示，采用Inventor软件进行建模与应力分析，在原先建模的基础上通过平面绕边旋转的角度命令改变使相应进行改变。然后材料选择Q235，左右两个导向机构面进行施力，并对四个地脚连接板进行约束，对滑索支架整体进行网格划分，Inventor软件的自动模拟启动，得到最大应力数据[5]，进行分析比较，整理可得图5。

4.2 不同结构应力比较图

如图5所示，通过不同角度的结构应力分析，得出三种结构的最大应力集中值的曲线图，分析如表2所示，故横斜杆滑索支架较为适用。把横斜杆滑索支架30°±1°与50°时最大集中值进行比较，则横斜杆支撑架在30°±1°时，应力值最小，是滑索支架优化首选。

图4 侧面图

图5 最大应力集中值曲线图

5 结论

由上述两种方法比较，横斜杆滑索支架左右立支撑架与斜支撑架为30°±1°之间时的最大应力值最为适用。

表2 最大应力集中值曲线图分析

[1]国质检锅（2002）120号国家质检总局，滑索安全技术要求（试行）[S]. 2002.

[2]GB 8408－2000，游艺机和游乐设施通用技术条件[S].

[3] GB/ 13676－92，客运架空索道设计规范[S].

[4]董希斌，王海飙，宋俊山. 滑索支架与基础设计[J]. 森林工程，2003（3）：17-18.

[5]唐湘民. Autodesk Inventor 有限元分析和运动仿真详解[M]. 北京：机械工业出版社，2009.

Finite Element Analysis and Optimization of the Skid Support Based on INVENTOR

LI Chenyang，MA Donglian，KANG Hongwei，ZHANG Junfeng

( Huanghe Science&Technology College, Zhengzhou 450000 , China )

the bracket is one of the main force parts of the slip rope, which can produce stress concentration under the action of rope. Using the Inventor software to model it, the finite element analysis is designed to explore its stress distribution and optimize the structure design. The analysis results show that the maximum stress concentration value of slip rope is changed under the same load condition with the position of the support rod. The maximum stress concentration is only 30% of the strut of rod slip. In addition, the change of Angle a between the left and right stand and the inclined support frame has obvious influence on the maximum stress value of the slip bracket. Given all this, in the condition of extremely stem, extremely rod between 30°+1°, minimum value of stress concentration.

finite element analysis；skid support；Inventor

TP302.7

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.07.005

1006－0316 (2018) 07－0023－03

2017－09－29

黄河科技学院“创新创业教育示范课程”建设项目——机械创新设计综合

李晨阳（1997－），女，河南洛阳人，本科，主要研究方向为机械设计制造及其自动化。