对钢丝缠绕液压机机架的有限元分析

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1、文章编号：1672—0121(2011)05—0046—03钢丝缠绕液压机机架的有限元分析许树勤，王亚(北京工业大学耿丹学院，北京顺义101301)摘要：建立了钢丝缠绕液压机机架的整体式和分开式的有限元模型，分析了该机架预紧状态、工作状态下的应力分布。与电测试验结果的比较表明：两个模型在半圆梁对称面处的应力分布无影响，但只有分开式机架能够预测出开缝压力。获得了预紧力从300kN～1130kN变化时，液压机开缝压力的变化规律。关键词：机械制造；机架；液压机；钢丝缠绕；有限元中图分类号：TG375+．23文献标识码：B1引言内侧会趋于零，此时，半圆梁

2、和立柱之间就出现“开液压机需要机架作支撑，机架有整体框架和组缝”。增加预应力能够提高机架的整体强度，但是预合框架之分。整体机架为三梁四柱式结构，机架的重应力的提高受到钢丝强度的制约。为了合理设计钢量占装备总重量的60％以上。整体式机架的转角处丝缠绕液压机机架，必须研究不同预紧力对开缝压会产生应力集中，使其强度变弱。力的影响。为使压力机机架结构紧凑，Von．Platen在《现代超高压技术》中llJ，提出了“防破先分”的设计思想：变2钢丝缠绕机架的实验研究整体机架为分开式预紧力钢丝缠绕机架。机架由两文献[21提出用曲梁公式来估算半圆梁中间截面个半圆形

3、横梁和两根立柱组成，外面用高强度钢带的应力，通过光弹材料模型试验和实物样机电测试缠绕，使之成为一体(图1)。当压力机工作时，半圆验获得了半圆梁、立柱在预紧状态和工作状态时的梁上承受压力，立柱与半圆梁间的压力减小。随着工应力分布情况及半圆形梁的截面的应力分布规律。作载荷的不断增加，半圆梁和立柱之间的压应力在实物电测试验表明：用材料力学半圆梁简化计算方法并不适合。3机架的有限元分析，／、、、3．1有限元模型，ll●l●l机架沿厚度方向的几何形状和尺寸相同，厚度l：：上为100ram。预紧力和工作负荷沿厚度方向也是均布立柱的，因此，按二维问题考虑『3]

4、。l：●根据结构的对称性，半圆梁的变形前后机架的J：lll对称面没有位移产生，不论在预紧状态还是在工作、lf状态，半圆梁的对称面上所有点的位移为零，即、、＼I／／UX=0；立柱的水平对称面上的所有点的竖直位移为零，即UY=0。因此，在建立有限元模型时仅取机架的四分之一即可。在划分网格时，选择八节点等参四边形单元。整图1钢丝缠绕机架结构简图体机架共划分1832个单元，5728个节点，划分网格如图2a所示；对分开式模型，需要对半圆梁和立柱项目：北京工业大学耿丹学院基金项目分别划分网格，在接触区域有应力集中现象，应采用日期：2011-06—30局部细化

5、网格策略；半圆梁和立柱问采用面接触『41，简介：许树勤(1955一)，女，教授，从事塑性成形工程教学与研究摩擦系数为0．3，共划分了1934个单元，5900个节表1半圆梁对称面应力电测值和模拟值比较电测值整体式有限元篷分开式有限元值Y坐标o'JMPao-JMPacrflMPao-,／NPao'd艇Pao'JPa25O32．5027．85O27．S8O290一1．t4-5．13一l。09—5l1一1．0732O一24+62-22_62--4．8O-22，63-47835O-36．8O．67-33．98一tO．04—33．99一l0。0438O一45

6、．83。25—4li8-15．56-41．20一{5．56(a，整体式(b，分开式40o一41．46-44．43一t9，06—44．46一l9．O6图2机架有限元模型尊e“辑髓稚稚娃点，网格划分如图2b所示。静■羹羹疆瓣器羹羹疆潞疆由对称性知，半圆梁对称面施加X方向零位移约束；立柱对称面施加Y方向零位移约束；半圆粱周界上的法向应力为q预=19。06MPa；材料弹性模量E=2．1xl0sMPa，泊松比／x=0．3。图2中竖直方向的数字为几何模型Y坐标值，水平方向的数字为x坐标值。3．2有限元模型的验证当预应力为572kN时，有限元分析可得，整体机架

7、最大第一主应力为28．85MPa，分开式机架最大(瓿∞孽6l秘第一主应力为3O。36MPa。危险节点的最大等效应(a)整体式(b)分开式力：整体机架的等效应力为134。89MPa；分开式机架图4工作状态等效应力分布云图的等效应力为12594MPa。应力分布如图3所示。从表l可看出：整体式与分开式模型模拟得到的均与电测值接近；两个模型在半圆梁对称面上的应力分布并无影响。但只有分开式机架能够预测出开缝压力。警瓣鼯烈∞静3．3不同预紧力的影畹3．31不同预紧力对机架应力分布的影响钢丝层层数不同，机架的预紧力不同，文献[5】给出了相应的计算公式。当预紧力

8、为572kN时，整个机架的最大第一主应力为0．36MPa，危险节点的最大等效应力为125．94MPa；预紧力为896kN时，上述两4"-