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液压机有限元分析模型建立

发布于:2018-02-24 21:59
有限元分析

       液压机是机械制造业的一种重要基础装备,其应用涉及国民经济、军事国防的各个领域。近年来,国内、外学者在液压机刚度方面进行了大量研究,取得了一定的进展。采用有限元分析方法对液压机刚度进行了分析,对组合框架式液压机拉杆部件的预紧力进行了分析;文献建立了液压机的刚度矩阵,依据刚度矩阵对液压机精度进行预测。文献建立了包含上、下横梁、活动横梁、活塞柱塞、液压缸、垫板和模具的主机整机模型,模型中考虑了拉杆的预紧力、藕合接触、液压载荷与成形载荷;文献建立了万吨压机有限元模型,对应力、应变进行了分析。上述研究仅在模型层面上进行,没有将有限元模型分析结果与实际液压机在载荷作用下的变形结果进行比对。为此,研究提出并建立组合框架预紧式液压机主机结构有限元分析模型的建模规范;依据该规范建立B型组合框架预紧式液压机主机结构有限元模型;将有限元分析的变形结果与在现场采用激光追踪测得的液压机实际变形比对,验证了液压机建模方法正确性。
       液压机主机结构分析基于ABAQUS有限元分析App。首先依据设计图纸建立液压机三维模型;根据材料进行材料属性定义;由于组合框架式液压机受力复杂,在分析步的确定上要依载荷和约束边界条件进行调整,而且要反复调整。根据工作状态下部件之间是紧密接触,还是有位移确定接触属性。经划分网格后,有限元模型建立完成。对分析结果进行提取,获得相应的位移和应力值。
       液压机是根据用户要求设计的专用设备,主要适用于塑性材料的压制工艺,公称力为24 MN。部件建模时,简化了圆角、螺栓凸台等结构特征;忽略一些尺寸较小不做主要承力部分的开孔及一些尺寸较小的板块;对于明显不会影响机身整体强度、刚度的部位,如螺纹孔、销孔以及一些细节上的浅槽都给予简化忽略。在不考虑偏载的情况下,利用对称性,仅建立1/4模型。
       液压机主机模型整机系统力流封闭,因此公称力直接加在活塞和柱塞处。以1.1倍公称力施加拉杆预紧力;实际情况下,预紧力施加可以采用加热拉杆,然后冷却来达到预紧目的,或者采用液体压力将拉杆拔长后,旋紧螺母的方法进行。区别于实际情况,在ABAQUS有限元分析App中有一个专门施加预紧力的命令,将预紧力分两步施加拉杆上。
       在下横梁与拉杆螺栓接触面施加固定约束,限制y方向的位移;在对称面施加对称约束。在最终分析步之前,这些临时约束必须去掉,否则导致结果不正确。
       建立液压机主机模型时,根据真实工作状况,将部件间接合面处理为接触藕合。工作过程中可能发生错移的接触表面定义接触和摩擦,如:支柱和上、下横梁的接触面,柱塞和柱塞缸接触面,活塞和活塞缸接触面;取金属与金属之间的干摩擦系数为0.15,有油膜润滑的摩擦系数为0.01。在工作过程中不发生分离的表面之间定义绑定,如主缸、附缸与上横梁接触面,拉杆螺栓与上下横梁接触面等位置施加绑定,这样使得有限元分析易于收敛。



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