液壓缸焊接部位有限元焊接模擬方法的探討

竇麗英，劉大維

(青島大學機電工程學院，山東青島 266071)

舉升機構是自卸汽車上的重要裝置之一，液壓缸作為舉升機構的執行部件，其強度直接影響自卸汽車的整車性能，因此對液壓缸強度進行研究十分必要。近年來，許多學者和生產企業對舉升液壓缸進行了大量的研究［1－4］。由于液壓缸在工作中不斷受到壓力沖擊，焊接部位的強度成為液壓缸能否正常工作的關鍵。本文利用有限元軟件HyperMesh對液壓缸焊接部位采用不同焊接單元進行模擬焊接，分析在液壓力作用下焊接部位的應力分布，探討液壓缸合理的焊接形式。

1 液壓缸有限元分析模型

某自卸汽車F式舉升機構液壓缸由缸筒和缸蓋、活塞和推桿、底座和底座軸、密封裝置、緩沖裝置等組成，如圖1所示。在實際裝配中液壓缸的兩端分別與車廂和舉升支架鉸接，底座和底座軸以及底座和缸筒采用焊接連接，液壓缸的水平安裝尺寸為1 275mm，缸筒內徑為198mm。

圖1 舉升液壓缸結構簡圖

1.1 模型的建立

液壓缸有限元計算模型的網格劃分是在有限元軟件HyperMesh中進行的。根據液壓缸的結構特點，缸蓋采用四面體單元(TETRA)進行劃分，其余部件采用六面體單元(CHEXA)進行劃分，液壓缸底座和底座軸以及底座和缸筒采用焊接單元進行連接。HyperMesh中提供了多種模擬焊接方法，如采用3D實體單元、殼單元、1D梁單元等模擬焊接，這些模擬焊接方法各有其優缺點。1D焊接單元(Rbar)在生成時操作簡單并且計算量小，在模擬焊接時得到廣泛應用;3D焊接單元(Penta)可以根據焊點信息自動生成，并能準確模擬焊點信息，且不增加局部剛度。……