基于ANSYS Workbench放顶煤液压支架顶梁有限元分析.docx

基于ANSYSWorkbench放顶煤液压支架顶梁有限元分析
本文基于ANSYSWorkbench进行了顶煤液压支架顶梁的有限元分析。首先，对顶梁结构进行建模，并设置材料参数和边界条件。其次，对顶梁进行线性静力分析，得到其应力和位移分布情况。最后，对分析结果进行讨论和总结。
一、建模与分析设置
顶煤液压支架的顶梁属于一种典型的金属结构，其主要受力情况为受到顶板采煤载荷作用，通过支架传递到顶梁上，进而通过顶梁上面的钢梁传递到地面。为了更好地模拟实际情况，本文采用了3D实体建模的方式，将顶梁及其支撑的两根钢梁等结构完全建模出来，并设置相应的材料参数与边界条件。
顶梁的材料采用Q345B钢材，其机械性能参数如下：杨氏模量E=210GPa；泊松比ν=0.3；密度ρ=7.85g/cm³；屈服强度σy=345MPa；极限强度σu=470-630MPa，取其中的最小值进行计算。此外，钢梁的材料参数也分别按照其具体规格进行设置。边界条件方面，顶梁的下表面设置固定边界条件，即不能有任何位移；顶梁的上表面受到顶板载荷的均匀分布，载荷大小按照1000kN/m²进行设置。
二、线性静力分析
在建立完毕顶梁的有限元模型之后，接下来进行线性静力分析。通过这一分析，可以得到顶梁的应力和位移分布情况，以及其是否满足强度和刚度的要求。
在进行有限元分析之前，需要确保模型的初始状态下，各个结构单元间满足力学平衡方程，即总受力为零。通过初始状态下的力学平衡检查，确认系统已达到平衡状态之后，便可对该系统进行线性静力分析。
图1顶梁应力分布图
通过ANSYSWorkbench进行分析后，我们得到了顶梁的应力分布情况。如图1所示，该图表明了顶梁各个部位的应力大小和分布情况。从图中可以看出，顶梁受到的最大应力出现在其最下方的中央位置，其值为96.35MPa。而在钢梁与顶梁相连接处，也出现了明显的应力集中现象。
除了应力分布情况外，位移也是极为重要的分析指标。通过分析位移，可以了解顶梁是否满足其刚度要求。具体位移情况如图2所示。
图2顶梁位移分布图
从图中可以发现，顶梁的最大位移出现在其中央位置，其值为0.9547mm。这一位移值明显小于其受载下限值，表明该顶梁具有较好的刚度和工作性能，能够满足顶板采煤载荷的要求。
三、结果讨论和总结
通过上述有限元分析结果可以看出，顶梁在采煤运营过程中，其最大应力并未达到其极限强度，同时其位移情况也处于合理范围内。这说明该顶梁具有足够的强度和刚度，符合设计要求。但值得注意的是，一些连接处出现了应力集中现象，需要在设计时加以考虑，并在制造加工时予以特别注意。
总之，本文基于ANSYSWorkbench进行了顶煤液压支架顶梁的有限元分析，得到了其应力和位移分布情况，并对分析结果进行了讨论和总结。这一分析结果可以为相关工程设计提供一定的参考和指导。