基于ANSYS的HZA52/34預埋件疲勞壽命仿真分析

摘 要：預埋件廣泛運用于高鐵、地鐵、輕軌、隧道、電力等領域相關設施的固定。在交通領域使用的預埋件關乎人身安全，其運行壽命備受人們重視。HZA52/34預埋件用于鐵路鋼軌的固定，在運行過程中對其影響最大的因素是其所受周期性變應力。該文采用三維實體建模和有限元分析的方法，首先對預埋件進行實體建模，分析其受力情況，并根據相關的理論對實體模型進行簡化，在ANSYS軟件中利用有限元方法進行動力結構分析，并在此基礎上引入疲勞分析模塊進行疲勞壽命估計，計算結果表明該方法能夠對預埋件進行較為有效的壽命估計。

關鍵詞：預埋件；疲勞分析；有限元；ANSYS

中圖分類號：TH132.46 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

預埋件又稱槽鋼預埋件，是預先安裝（埋藏）在隱蔽工程內的構件，用于砌筑上部結構的搭接，以利于外部工程設備基礎的安裝固定，主要用于軌道交通觸網錨固和建筑幕墻等領域，如高鐵、地鐵、輕軌、隧道、幕墻、電力等。

近幾年，隨著國內軌道交通的快速發展，槽鋼預埋件市場需求逐漸增大，前景廣闊。國內對于槽鋼預埋件的生產規模也隨之逐漸增大，HZA52/34作為運用于高鐵鋼軌固定的部件，對其疲勞強度有著嚴格的要求，本文就疲勞強度對槽鋼預埋件進行三維實體建模與有限元仿真分析[1]。

一、三維模型的建立與分析

（一）三維模型的建立

已知槽鋼預埋件的幾何尺寸，可以通過CATIA軟件建立槽鋼預埋件的三維模型[2]，如圖1所示：

圖1 預埋槽鋼三維模型

（二）三維模型的分析

將CATIA建立的三維實體模型導入ANSYS中，預埋槽鋼的材料選用45鋼，在ANSYS分析中定義材料屬性取彈性模量：2.06E11；泊松比：0.3；且查閱相關資料45鋼應力與應變存在如表1的關系：

在ANSYS中，依次雙擊Structural>Nonlinear>elastic> multilinear elastic，打開定義材料應力應變對話框[3]，將表1中應變對應的應力依次成對輸入對話框中，單擊Graph，在圖形窗口就會顯示出如圖2所示的圖標：

然后定義單元類型，本文ANSYS分析選擇SOLID45單元，不需要設置實常數。分析槽鋼預埋件在工作時所受力為非對稱循環變應力，在對槽鋼預埋件進行網格劃分后，施加動載荷、和約束，求解。最后利用ANSYS軟件生成的結果文件進行后處理[4]。如圖3所示。

二、結束語

采用有限元分析軟件對HZA52/34槽鋼預埋件模型進行了疲勞強度測試分析。當所加動載荷最大力為28.6KN，最小力為15.4KN，頻率為3Hz，材料為45鋼時[5]，如圖4所示：在170萬次時模型內部開始出現裂紋，高于鐵道部設計院要求的50萬次內不出現裂紋的標準，說明預期產品設計模型完全符合國家規定的質量要求。

參考文獻：

[1]邱宣懷，郭可謙等.機械設計[M].北京：高等教育出版社，1997.

[2]王慶五，左昉，胡仁喜等.ANSYS 10.0機械設計高級應用實例（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2007.

[3]薛風先，胡仁喜，康士廷等.ANSYS 12.0機械與結構有限元分析從入門到精通[M].北京：機械工業出版社，2010.

[4]盛選禹，盛選軍.CATIA V5基礎與實例教程[M].北京：化學工業出版社，2009.

[5]ZHANG Yong-de，WANG Yang-tao，WANG Mo-nan，JIANG Jin-gang.Co-simulation of Flexible Body Based on ANSYS and ADAMS[J].Journal of System Simulation，2008，17.