ANSYS軟件在鋼軌傳感器設計中的應用

2013-08-11 by:廣州有限元培訓實踐中心來源:仿真在線

ANSYS軟件在鋼軌傳感器設計中的應用

鋼軌傳感器是近年來發展起來的一種電容式傳感器,可以用在軌道衡上進行稱重,稱為稱重傳感器,也可用來測量鋼軌的溫度應力,它因有精度高、結構簡單、安裝維護方便的優點,迅速得到了應用.在進行傳感器的設計時,多數仍是利用簡化的材料力學公式進行粗略的計算,然后通過試驗修正參數,即產品的最終定型以試驗數據為依據。采用這種設計方法時,產品設計和開發的周期較長,產品的質量也難以提高。而利用有限元分析技術;,則可以對傳感器的結構進行確的計算,對應力場以及應變的分布狀況和具體數值、貼片位置的合理性等情況作較全面的了解和預測,從而可以為設計提供可靠、有效的技術支持。

    有限元分析在鋼軌傳感器中的主要應用在以下幾個方面:

    1)設計變截面的鋼軌中,可以用來計算校核鋼軌的強度和剛度,保證運營安全;

    2)可以計算出鋼軌腹板上應變變化最大的區域,在這個區域粘貼應變片,提高傳感器的反應靈敏度;

    3)可以計算出在粘貼應變片的方向,應變的變化趨勢和具體數據,可以為傳感器設計做有益的參考.

    本文把有限元分析軟件ANSYS引人鋼軌傳感器的設計應用之中,在力學分析的基礎上,建立有限元分析模型以及邊界約束條件模型,計算出鋼軌的強度極限及確定應力、應變變化的范圍,為設計和制造高精度的鋼軌傳感器提供可靠的理論依據。

1 鋼軌傳感器剛度和強度計算

選用60 kg/m的標準鋼軌來做傳感器的載體,材料為普通鋼軌鋼,材料主要參數如表1。鋼軌在受到車輪壓力后,由于兩端被枕木支撐,鋼軌相當于簡支梁。在鋼軌的下方產生拉應力,在上方產生壓應力,在截面上產生剪應力。在不考慮扭轉時,軸向應力。與應變二的關系為

σ=Eε(1)

式中:σ為應力,Pa;ε為應變,μm; E為鋼軌彈性模量,GPa.

本文采用參數化建模型的方法,鋼軌截面模型比較復雜,使用AUTOCAD軟件繪制后,導出類型為*. sat文件,然后按照操作:file/import/satfile從AUTOCAD中導人截面圖形,再對其進行合理的規劃后分成網格,如圖1所示.對截面做拉伸操作后就可以得到三維的網格圖形.鋼軌路基為整體式結構,為了簡化計算,假設鐵路基礎、扣件和墊層為剛性體,對鋼軌施加約束條件.輪重壓力加載位置在跨度的中點,載荷均勻加載在軌頭中線節點上.

    然后進行靜態的求解運算,只考察垂直方向的受力,不考察鋼軌的扭轉和橫向力,計算結果如下:

    最大撓度L =0.098 mm;

    最大應力σmax=230. 7 MPa

    根據材料力學的強度校核理論,由計算結果可以看出,σmax<[σ],所以鋼軌是安全的.為了增大檢測段的長度而拉大跨度或者改變鋼軌界面形狀時,也可以用這種方法方便快捷地來校核鋼軌的強度.

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