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斜置式锻造液压机结构的有限元分析

发布于:2016-10-17 21:53
有限元分析

      液压机的模型包括上横梁、中横梁、下横梁、拉杆、液压缸、立柱、工作台。采用Pro/EApp建立本体各个部分的三维模型,同时考虑到模型真实和降低有限元分析的计算量,对整体结构影响较小的局部结构进行简化,略去了一些倒角、圆角、吊耳等。
      考虑到液压机的模型结构比较复杂,装配模型采用实体单元SOLID45,划分单元1052870个,节点247601个。液压机机架各部件之间存在多处接触,接触是工程分析非线性问题中比较复杂的一类。ANSYSApp中提供的接触定义类型有5类。根据液压机实际工作情况,对整个模型的每个零件和它接触的零件之间设置接触对,每个接触对由目标而和接触而组成。并对各个接触对进行详细的定义。实际工作时拉杆与上横梁、下横梁之间的接触不存在滑移,采用绑定接触,上横梁、下横梁与立柱之间的接触而可能出现裂缝,采用粗糙接触,工作台与下横梁采用绑定接触,中横梁和立柱之间采用标准接触。
      考虑到液压机在偏心载荷下比中心载荷下受力情况更危险,本研究将主要研究快锻液压机在偏载工作状态下的受力情况。通常,快锻液压机的受力状态主要分成以下3种工作状态:偏心载荷下的墩粗工作状态,偏心载荷下的快锻工作状态;偏心载荷下的拔长工作状态。
      通过分别对上述3种工作状态进行有限元计算和分析,得到在以上3种工作状态中,液压机在偏心载荷下的墩粗工作状态时的受力情况最危险。由此得到如果液压机在偏载墩粗工作状态下能可靠、安全地工作,那么在其他状态下也可以顺利完成锻压任务。由于文章篇幅有限,文中仅对偏载墩粗状态下的液压机进行模拟计算,液压机的锻造压力分级为30/42/72 MN,最大的墩粗力为80 MN。工作缸固定在上横梁上,工作缸内装有工作柱塞,与活动横梁相连接。液压机工作时,高压液体进入工作缸后,对柱塞会产生很大的压力,推动柱塞、活动横梁、上砧向下运动,对工件进行加工。
      由于液压机的机架通过地脚螺栓固定,故对下横梁的8个螺栓孔施加全约束。
      由于全预紧组合机架自身结构的优势,已成为大中型液压机机架的首选结构形式。预紧力参数的设计和预紧方式直接关系到该机架的稳定性、安全性和工件的加工精度,是机架设计的核心问题。采用超高压泵装置对液压机进行液压预紧,通过预紧螺母、垫圈使得拉杆全长产生预紧拉力,同时对上横梁、下横梁、立柱施加预紧压力,从而构成了双柱预应力组合受力机架。
      有限元模拟计算中对预应力的施加一般有3种方法。(1)等效力法。基本原理是对预紧结构施加等效荷载。是一种在有限元模型中把多根拉杆所承受的拉力等效为一个而压力,直接施加等效载荷在预紧螺母的作用而的方法。这种方法不用建立拉杆和预紧螺母的有限元模型,所以不能模拟真实结构中预紧螺母和上、下横梁的接触问题。由于没有建立螺栓的模型,只施加了等效载荷模拟预紧力,从而减少了计算量,方便求解。但对于复杂的大型结构难以计算等效载荷且计算误差较大。(2)温度法。温度法比较常用,在不涉及热分析的结构分析中非常实用。但对于复杂螺栓预紧结构来说,该法具有计算量大、费时、易出错等缺点。(3)预紧单元法。ANSYS提供了以预紧单元为手段的螺栓预紧效果模拟方法。该方法能够自动生成预紧单元,并进行多个螺栓预紧序列的载荷控制。


                                                                                  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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