核心詞：RS485 電纜 - 基于 UG 和 ANSYS 的 防拆絕緣子 有限元 結(jié)構(gòu) 分析 
　　當(dāng)用作終端絕緣體時(shí),導(dǎo)線通過(guò)彈簧懸掛在通過(guò)終端的線路外側(cè)并張緊。嚙合后的有限元模型如圖4所示。將UG模型導(dǎo)入ANSYS有兩種方式:一種是在ANSYS中直接以UG格式打開(kāi)模型,這就要求在安裝ANSYS時(shí)必須將ANSYS和UG關(guān)聯(lián)起來(lái);二是將UG模型以IGES或Parasolid等中間格式保存,本文采用了這種格式。固定端子材料為ABS工程塑料,其物理力學(xué)性能參數(shù)見(jiàn)表1。材料特性如表1所示。扣處變形僅為0.02mm,不影響連接的可靠性,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合要求。
　　1、根據(jù)固定端子與支撐桿之間的x方向配合間隙和螺釘長(zhǎng)度
　　根據(jù)固定端子與支撐桿之間的x方向配合間隙和螺釘長(zhǎng)度,并輔以測(cè)量,x方向位移值約為0.001M。Solid95單元具有一致的位移形狀,適用于彎曲邊界模型。最大應(yīng)力值小于ABS材料屈服強(qiáng)度50MPa,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足要求。通過(guò)實(shí)踐,該方法在工程應(yīng)用中取得了良好的效果。這主要是因?yàn)閷?dǎo)線通過(guò)端子前端的中心承受導(dǎo)線的x方向張力。然而,由于中間穿線功能的需要,球形前端和主體結(jié)構(gòu)之間有一部分懸掛,即只有一些連接肋。在與支撐桿接觸處施加X(jué)方向約束。該單位由20個(gè)節(jié)點(diǎn)定義,每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有3個(gè)自由度:節(jié)點(diǎn)在X、y和Z方向上的平移。分析表明,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的最大變形不發(fā)生在影響連接可靠性的關(guān)鍵部位,最大應(yīng)力值較小,說(shuō)明絕緣子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。跨線端子的實(shí)體模型如圖7所示,結(jié)構(gòu)有限元分析步驟與固定端子相同。從圖9可以看出,穿線端子的結(jié)構(gòu)變形也主要發(fā)生在球形前端,最大變形為0.162mm,發(fā)生在前端一側(cè)的邊緣。如上所述,導(dǎo)線對(duì)絕緣子施加50N的外部拉力,然后根據(jù)固定端子夾緊臺(tái)的面積,均布載荷為0.39mpa。
　　2、在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上
　　在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,結(jié)合中間絕緣子和終端絕緣子的功能,設(shè)計(jì)了一種具有防拆卸功能的新型絕緣子。
　　3、利用ANSYS軟件對(duì)絕緣子模型進(jìn)行了有限元分析
　　利用ANSYS軟件對(duì)絕緣子模型進(jìn)行了有限元分析。通過(guò)結(jié)構(gòu)變形圖和vonmises應(yīng)力分布圖,可以找到絕緣子結(jié)構(gòu)的最大變形值和最大應(yīng)力值,以及它們的變形部位和總體分布。
　　4、電子圍欄是目前最先進(jìn)的周界防盜報(bào)警系統(tǒng)
　　電子圍欄是目前最先進(jìn)的周界防盜報(bào)警系統(tǒng),絕緣體是電子圍欄前端的關(guān)鍵配件。它通常由尼龍、ABS和其他工程塑料制成。其作用是固定電子圍欄導(dǎo)線,保證圍欄導(dǎo)線的高壓脈沖電與金屬支撐桿之間的絕緣。從圖6可以看出,最大應(yīng)力為10.9mpa,出現(xiàn)在與支撐桿匹配的下環(huán)上,集中在小圓弧部分。最大應(yīng)力值小于ABS材料屈服強(qiáng)度的50MPa,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合要求。在網(wǎng)格模型上,通過(guò)ANSYS施加、求解和后處理載荷,繪制了圖5和圖6所示的變形圖和Vonmise應(yīng)力分布圖。如圖1和圖2所示,采用分體式結(jié)構(gòu),RS485電纜由固定端子和穿線端子組成:固定端子套入支撐桿內(nèi),通過(guò)螺釘鎖緊固定在支撐桿上;所述穿線端子通過(guò)左右?jiàn)A鉗與固定端子的夾持臺(tái)相配合。安裝后,夾具不可見(jiàn),并形成不可見(jiàn)的固定連接。元素可以具有任何空間方向。
　　5、此外
　　此外,通過(guò)對(duì)絕緣子結(jié)構(gòu)的有限元分析過(guò)程可以發(fā)現(xiàn),使用UG進(jìn)行有限元預(yù)處理可以保留模型的細(xì)節(jié),使有限元分析結(jié)果更接近實(shí)際工況,并充分利用ANSYS強(qiáng)大的求解器,確保計(jì)算精度。
　　6、從圖10可以看出
　　從圖10可以看出,最大應(yīng)力為9.99mpa,出現(xiàn)在與彈簧匹配的受拉部位,以及球形前端與主體之間連接肋的根部。從圖5可以看出,固定終端結(jié)構(gòu)的變形主要發(fā)生在前端,呈現(xiàn)出向下分布的趨勢(shì),即越靠近前端下部,變形越大;同時(shí),在與支撐桿接觸的兩個(gè)環(huán)中,下環(huán)的變形大于上環(huán),且變形較小。還可以通過(guò)設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋和局部增加壁厚來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu),以減小其最大變形值。本文采用solid95三維實(shí)體單元,可以在不損失精度的前提下,容忍不規(guī)則形狀。采用"smartsize"智能網(wǎng)格劃分工具,精度為6級(jí)。劃分后,固定了125090個(gè)終端網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和71963個(gè)單元。根據(jù)安裝位置和功能的不同,絕緣子可分為終端絕緣子和中間絕緣子。終端絕緣體用于固定和拉緊導(dǎo)線。因此,與中間絕緣子相比,終端絕緣子在工作狀態(tài)下承受更大的應(yīng)力,結(jié)構(gòu)失效的可能性更大。
　　7、由于彈簧通過(guò)掛鉤與端子的拉孔相匹配
　　由于彈簧通過(guò)掛鉤與接線端子的拉孔相匹配,在拉孔選擇的關(guān)鍵點(diǎn)施加50N張力。這主要是因?yàn)榭缇€端子扣的x方向張力作用點(diǎn)位于前圓的中心平面,相對(duì)于支撐桿的力中心較低。0軟件的建模模塊使用ug8建立固定終端模型,如圖3所示。絕緣子在使用時(shí)需要暴露在室外環(huán)境中,導(dǎo)體具有高壓脈沖。因此,除了一般的技術(shù)問(wèn)題外,絕緣子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要考慮導(dǎo)體與支撐桿之間的安全距離、抗積水結(jié)構(gòu)和絕緣體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。可以在ANSYS中使用help命令查看單元的詳細(xì)信息。因此,本文利用UG和ANSYS之間良好的兼容性,充分發(fā)揮UG有限元分析預(yù)處理能力和ANSYS強(qiáng)大的求解和后處理能力的優(yōu)勢(shì),對(duì)前期設(shè)計(jì)的電子圍欄絕緣子結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析,從而解決實(shí)際工程問(wèn)題,為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。Solid95單元具有塑性、蠕變、應(yīng)力硬化、大變形和大應(yīng)變能力。由于支撐桿上沒(méi)有螺孔,自攻螺釘擰入固定端子后,固定端子的螺孔處會(huì)發(fā)生拉伸變形。因此,在螺釘和固定端子之間的連接處施加沿X軸的位移載荷,同時(shí)施加Y和Z方向的約束。Vonmises應(yīng)力分布圖如圖9和圖10所示。
　　8、最大變形約為0.0306mm
　　最大變形約為0.0306mm,發(fā)生在與穿線端子扣相匹配的夾緊臺(tái)上。變形小,不會(huì)影響帶扣連接的可靠性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合要求。Solid95三維實(shí)體元素用于根據(jù)表1abs中塑料的物理和機(jī)械性能定義材料性能。嚙合后的有限元模型如圖8所示。得到了190248個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和122843個(gè)單元。通過(guò)UG中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模,導(dǎo)出Parasolid格式,然后導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析,得到絕緣子結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布。
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