基于Workbench衬套灵敏度分析

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【摘 要】 利用Ansys—workbench软件对衬套进行有限元分析，对衬套强度进行校核，得出衬套的等效应力分布图，分析结果为设计提供了理论依据。在此基础上，建立衬套的参数化模型，对相关参数进行灵敏度分析，得出衬套输入参数与最大等效应力关系曲线，对优化设计具有指导意义。

【关键词】 衬套 有限元分析 灵敏度分析

油膜轴承衬套承受轴承座的轧制力（图1），设计时应对衬套的强度进行校核。衬套承受最大载荷为6000t，衬套的设计必须满足强度要求。

利用弹性力学的方法可得到精确解，利用Ansys-Workbench强大的数值分析功能，可得到衬套的应力分布图，从而为设计提供理论指导。

1 有限元分析前处理

实际工况下，衬套承受轴承座传递来的轧制力，在施加载荷的类型上选轴承载荷，轴承载荷加载区域选择衬套外圆柱面。衬套受力后，锥套与对其发生接触，由于锥套也是弹性体，与衬套相互作用会产生弹性变形，所以对于衬套的内圆柱曲面，边界条件选择为弹性支撑。

网格划分上，为提高计算精度节省分析时间，利用多域法划分网格，使六面体网格占主导，六面体网格在较少的数量下可以和四面体网格达到一致的计算精度，因此使用六面体网格可节约计算时间，提高求解精度[2]。图2为多域法划分网格的衬套模型，从网格构成上可看出六面体网格占主导地位。

2 有限元分析后处理

完成边界条件和载荷施加后，通过求解得出衬套的Von-Mises应力。图3为衬套的Von-Mises应力分布图，可见在载荷作用下，衬套最大应力为155MPa。衬套屈服极限为345MPa，可知衬套能够满足强度要求。

3 衬套灵敏度分析

灵敏度分析是研究与一个系统状态或输出变化对系统参数敏感程度的方法。由灵敏度分析可知对系统模型有较大影响的参数有哪些。

表1为灵敏度分析的输入参数。图4为灵敏度分析中衬套厚度与最大等效应力的关系，从图可见随着衬套厚度增大，衬套最大等效应力减小。

图5为衬套长度与最大等效应力关系曲线，可见随衬套长度增大，其最大等效应力减小。图6为衬套长度P2，衬套厚度P1，衬套最大等效应力P3的响应曲面，响应曲面的建立对优化设计具有指导意义。图7为衬套厚度P1、承受轧制压力P4和最大等效应力P3的响应曲面。

4 结语

（1）通过对衬套有限元分析，采用弹性支撑的边界条件，得出衬套在实际轧制过程中的应力分布情况，从而对设计的合理性提出理论支持。

（2）通过对衬套主要参数进行灵敏度分析，可了解设计参数变化对受力状况的影响程度，在满足强度要求的前提下对衬套参数做出相应优化，节约生产成本。

参考文献：

[1]浦广益.ANSYS-Workbench12基础教程与实例详解[M].北京：中国水利水电出版社2010.

[2]Zhao， H，2008，“Analysis of Load Distributions within Solid and Hollow Roller Bearings”，ASME J. Tribol.，120， pp. 134-139. ISSN 0742-4787.