1. 研究目的与意义
(1) 目的：1）了解液压涨紧装置中螺杆结构的几何特征和其工作特性；2）使用正确的方法和设计手段对液压涨紧装置中螺杆结构冲击力的分析。
熟悉cae软件(ansys)，并能正确使用其对螺杆结构进行建模、边界条件设置及计算结果的后处理。
着重处理螺杆结构在承受冲击载荷作用下的有限元力学模型。
2. 国内外研究现状分析
自1960年美国Clough教授首次提出有限元法（FiniteElementMethod,FEM)"这个名词概念以来，有限元分析技术得到了迅速的发展，有限元法的应用日益普及，数值分析在工程中的作用日益增长。有限元方法是一种工具变分原理进行求解的离散化数值分析方法。由于其适合求解任意复杂的结构形状和边界条件以及材料特性不均匀等力学问题而获得广泛运用。近40年来，有限元法的应用已经由弹性力学平面问题扩展到空间问题；分析的对象从弹性材料到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料等；从固体力学到流体力学、传热学、电磁学等领域。而对于液压涨紧装置中螺杆的冲击受载的情况的分析首先要从冲击载荷入手。瞬间的冲击载荷必然给螺杆带来巨大的应力和应变，国内在这方面已经有相关的研究。吴伟光等就利用了ANSYS软件研究了开关柜承受的最大爆炸冲击载荷，阐述了板结构在爆炸冲击作用下的破坏情况及其材料破坏的断裂准则，介绍了利用ANSYS软件对薄板结构在冲击载荷下有限元计算的方法，并对某开关柜板的四周薄板结构在15KA故障电流下发生爆炸时的引起的冲击载荷作用下进行了瞬间动态应力分析，并利用其程序设计语言APDL确定出该板可承受的最大冲击载荷的峰值。[1]曾国祥等利用LS-DYNA有限元软件,对三点弯曲试样在冲击载荷作用下(包括线性、正弦和不规则载荷历程)的动态过程进行了有限元分析,共做了4个算例，获得了裂纹尖端的动态应力应变场和裂纹尖端区域随时间变化的节点力和位移。基于虚拟裂纹闭合技术(VCCT),提出了在冲击载荷作用下裂纹结构能量释放率和动态应力强度因子的计算方法,得到了不同冲击载荷下三点弯曲试样的能量释放率GI和动态应力强度因子KId与时间的关系。[2]由于冲击载荷的缘故液压螺杆必然会受到一个瞬间变大的瞬态力，而在有限元分析中对于瞬态的分析历来也是研究的重点。刘大庆等基于ANSYS介绍了某轧钢厂20世纪90年代使用的台起重机的主要故障表现,运用瞬态动力学方法,对运行机构底座处下盖板裂纹产生的机理进行了深人研究,找出了裂纹产生的原因。[3]潘静等利用ANSYS软件对汽车刹车制动间隙自动调整臂的有限元瞬态分析，揭示装配体破坏的真实原因，直观地显示各部分的应力情况及破坏区域。[4]ANSYS对于瞬态的仿真也得到了广泛的应用，例如陈晋兵等利用有限元分析软件ANSYS/LS模块对表面陶瓷制动盘进行瞬态模拟仿真,在应力应变及危险区域位移曲线进行仔细分析,获得了显式仿真结果,证明该产品可以满足实际使用要求,为改进关键部位的使用可靠性提供了理论依据。[5]螺杆通过螺母传递应力，这个过程中涉及了接触问题，而接触会引起螺杆的疲劳进而发生断裂，所以接触问题也是利用ANSYS软件解决的问题之一。沈禾凯等以VEX65/NS7CE1角接触陶瓷球轴承为研究对象,建立了基于ANSYS的有限元分析模型,对轴承的接触分析中模型的合理简化和边界条件的设定作了详尽的说明并进而求解。其结果对进一步研究陶瓷球轴承的疲劳破坏及转子系统的研究提供了重要指导基础。[6]要想精确的模拟出螺杆的受载情况，还必须考虑旋如螺杆的的螺母所产生的预紧力，而在螺栓联接的有限元分析中准确模拟螺栓的预紧力是一项复杂而困难的工作。李会勋等论述了利用有限元技术在ANSYS中模拟螺栓预紧力的预紧力单元法、降温法和渗透接触法等方法。通过对比发现预紧力单元法能较好的模拟实际预紧力,从而为有限元分析中施加预紧力载荷提供了可靠的理论和应用依据。[7]如果还要进一步提高仿真的精度，对于接头的螺纹也要进行研究。螺杆失效的主要部位在螺杆接头,而接头的关键为接头螺纹。黄麟森。利用通用有限元软件对螺纹的台肩、锥度以及牙型3种主要形式作了分析比较,为千米定向钻机钻杆的设计提供了重要的参考依据。[8]对于ANSYS软件来说不同的建模方法，不同的网格划分等等都会对结果产生重大的影响，这就涉及到ANSYS的优化设计。应用ANSYS软件进行优化设计过程中,从几何建模、网格剖分到选择设计变量、状态变量、目标函数和优化算法,都可能会出现问题甚至导致循环中断。王学文等讨论了一些共性问题并研究了解决办法,为顺利实现优化循环,应尽量使循环分析文件中的所有操作均作参数化处理;相对于结构参数优化,拓扑优化结果对载荷情况和网格密度等更为敏感;为节省优化循环用时,除了考虑计算性能外,还可考虑对模型进行模型简化、子结构处理、放松目标函数允差、使用适当数量的设计变量、尽量避免指定材料密度并选用合适的优化算法等。[9]综上所述，虽然在各个领域前人都有所研究，但是在一项研究中用到对冲击载荷，瞬态力，接触和螺杆预紧力的研究还是比较少的。对于这项课题还是具有非常大的理论意义和现实意义的。
3. 研究的基本内容与计划
第1~3周 资料收集，ansys 10.0等相关软件的安装，开题报告和文献综述的撰写。
第4~6周 了解液压涨紧装置的工作过程和所受的冲击，确定适合的建模方案。
第7~8周 学习ansys 10.0的使用，正确对液压装置中的螺杆建模，根据所建的模型确定合适的网格划分方案。
4. 研究创新点
对液压涨紧装置中的螺杆所受冲击在ANSYS 中进行模拟得出受载情况，得出更加合理的设计方案。
