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锻压机关键部件的有限元分析

发布于:2016-10-12 20:37
有限元分析

      近年来,我国在能源、军工和交通等重大装备制造领域发展迅猛,对大型复杂锻件有很大需求。快锻油压机是20世纪60年代开始发展起来的一种新型锻压设备,用于钢锭开坯和自由锻件的压力加工,特别适合合金成分较高材料的锻造。本研究的快锻油压机采用上传动预应力框架结构。该结构中,上横梁、活动横梁和固定梁受力情况和结构复杂,其设计是否合理对液压机的整体性能有直接影响。
      ABAQUS被认为是功能最强大的有限元分析App之一,能够用来分析复杂的固体力学、结构力学系统,特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题。本研究以ABAQUS有限元分析App为平台,对25MN快锻油压机上横梁、活动横梁和固定梁进行了有限元静力学分析,得出了这些关键部件在最大载荷卜的应力分布和位移分布,其结果对快锻油压机的结构设计和优化具有一定的引导意义。
      采用ABAQUSApp建立有限元模型一般包括几何模型建立、材料属性定义、网格划分、分析步建立、边界条件和载荷确定、计算以及结果处理等。本研究采用SolidWorksApp建立几何模型、再导入ABAQUS中的建模方法。在SolidWork、中可以方便快捷地建立结构模型,导入ABAOUS时,利用ABAQUS的模型修复功能,消除可能存在的自由边、小平面、小尖角等几何缺陷,从而得到精确的几何模型。
      网格划分质量的好坏直接影响求解精度和求解时,不合理的网格甚至会导致求解过程的中断,所以网格划分是分析过程中需要重点注意的一个环节。运用ABAQUS强大而便捷的网格划分功能,通过在模型上设置全局种子的方法合理地控制网格密度。ABAQUS提供了数量众多的单元种类以满足各种分析类型的需要,本文采用C3D10M单元,即修正的10节点二次四面体单元。C3D10M单元的求解结果较精确,而且非常适用于几何模型比较复杂的情况。
      上横梁根据几何模型和受力状况的对称性,取1/4模型进行有限元计算。根据设备的实际工作情况,在对称面进行对称约束,在与拉杆螺母接触区域进行二向约束,在与油缸法兰接触区域施加油缸作用力,每个侧缸载荷为5 MN,主缸为15MN,方向都是沿二向正方向。
      活动横梁根据几何模型和受力状况的对称性,取1/4进行有限元计算。根据设备的实际工作情况,在对称面进行对称约束,在墩粗的区域进行二向约束,在与油缸法兰接触区域施加油缸作用力,每个侧缸载荷为5 MN,主缸为15 MN,方向都是沿二向负方向。
      下横梁几何模型如图所示。由于下梁的模型和载荷不具有对称性,所以取整体模型进行计算。在与拉杆螺母接触区域进行二向约束,在一个支座的边角区域约束其他自由度,避免计算过程的刚体位移。
      上横梁应力分布和位移分布云图表明,除与螺母接触区域的边缘区域外,其他区域应力均小于100 MPa,考虑所用材料,零件安全系数≥3,并且应力值大部分为50-80 MPa,分布均匀合理。位移最大值为上横梁中问底部,其值为1.25 mm,表明上横梁设计满足刚度要求。
      活动横梁应力分布和位移分布云图表明,除与上砧垫板接触的边缘区域外,其他区域应力均小于100 MPa,并且应力值大部分为30- 70MPa,分布均匀合理。位移最大值为活动横梁与油缸接触部位,其值为0.35 mm,表明活动横梁设计满足刚度要求。
固定梁应力分布和位移分布云图表明,除与螺母接触区域,其他区域应力均小于100 MPa,并且应力值大部分为50-80 MPa,应力分布均匀合理厂位移最大值为卜横梁中间部位,其值为1.29 mm,表明下横梁设计满足刚度要求。
      本研究以ABAQUS有限元分析App为平台,对25MN快锻油压机上横梁、活动横梁和固定梁进行了有限元静力学分析,得出了这些关键部件在最大载荷卜的应力分布和位移分布。结果表明,三个梁的设计满足强度和刚度要求。有限元法是液压机本体结构设计优化的有力工具。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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