针对液压机上横梁有限元分析及结构优化

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1、文章编号：1672—0121(2013)05—0038—03液压机上横梁有限元分析及结构优化曹文钢。曾金越(合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009)摘要：以某型液压机上横梁为对象，利用分析软件建立上横梁的有限元模型并进行静力分析计算。在上横梁强度和刚度校核的基础上，利用分析软件结构优化模块对上横梁分别进行拓扑优化和尺寸优化，实现结构优化，减轻上横梁重量。关键词：机械设计；液压机；上横梁；有限元法；结构优化中图分类号：TG315．4；TH123文献标识码：A0引言作台相连接。从整体四柱液压机是制品成形生产中应用最广泛的装而言，上横梁的受力备之一。它主要由液压缸、上横梁、滑块、立柱

2、和工作情况可以大体看成横台等组成，其中上横梁主要用来安装液压缸并承受向和纵向的对称分液压缸的反作用力，它的结构形式较为复杂。传统方布，为了节约资源和法将横梁简化成简支梁，采用材料力学简化计算横时间，取上横梁的1／4梁刚度和强度，但这种方法具有设计周期长、结构考模型进行静力分析。图1上横梁模型图虑不全和材料浪费等弊端lll。在对模型有限元分析利用HyperWorks软件，对该液压机的上横梁前，需要根据等效原理对模型作必要简化，保留起主进行参数化建模，校核上横梁强度和刚度，并且对上要作用的因素而忽略如螺钉孔、销孔、吊耳、铸造圆横梁进行优化设计，既保证安全生产又达到结构优角等局部结构。化和重量减轻

3、的目的。图2为上横梁1／4模型网格实体，采用软件自动划分，三维单元总数315291。Q235材料比较廉价1液压机上横梁结构有限元分析但有较好的韧性和塑性，其材料力学性能如表1所1．1上横梁有限元模型的建立示。如图1所示为上横梁模型图，主要为Q235钢上横梁主要受液压缸作用力和立柱螺母的约束板焊接而成的箱体，箱体对称分布。液压缸通过连接力。假设载荷无偏心均匀分布在液压缸与上横梁的法兰与滑块连接，上横梁通过立柱和螺母与滑块、工接触有效环面上，上横梁的载荷和约束如下_2_3]：(1)液压缸对上横梁的作用力。主要均匀分布在收稿日期：2013—04—07接触有效环面上，大小为3．15MN，方向向上。作

4、者简介：曹文钢(1957一)，男，教授，从事数字化设计与制造、CAD／(2)立柱螺母对上横梁的作用力。均匀分布在立CAE等教研柱与上横梁的有效接触面上，大小为0．76MN，方向StudyonblankingstructureoflargetonnageoilpressSUNGang，MENGLingwu(Pressingworkshop，QiqiharRailwayRollingStockCo．，Ltd．，Qiqiharl61002，HeilongjiangChina)Abstract：Theinteractingpartprinciplebetweenprofilingdieandlarg

5、etonnageoilpresshasbeenanalyzedintext．Theblankingstructureofthepresshasbeenoptimized．Thequalityandflatnessofthepartshavebeenroved．Keywords：Blankingholderforce；Blankingholder；Blankingoilcylinder．表2上横梁优化情况表3上横梁尺寸优化上横梁参数最大应力／MPa最大变形／ram质量／t优化变量名称初值下限上限优化结果优化前165．10．35660．7236目标函数体积／mm8．24E+077．92E+07优

6、化后168．30．37020．6695最大应力／MPa168．3175174．365约束函数尺寸优化是以单元尺寸为设计变量函数，在设最大变形／mm0．37020．450．442计人员对新建模型的有一定了解的基础上，通过改变上盖板／ram40354536．023尺寸来达到一定的设计要求。其最简单的定义为同：盖板／mm45405040．759p=Co+~,DV，’Cj前后侧板／mm30253527．2O1式中，P为优化属性，DV，为设计变量，C，为线性因左右侧板／mm25203022．556子，为常量。底面板／mm25203022．389尺寸优化算法类型有自适应响应面法设计变量加强板1／mm3O

7、253529．696(ARSM)、序列二次规划法(SQP)、模式搜索法／可行加强板2／mm20162418．895方向法(MFD)、遗传算法(GA)和用户自定义优化方加强板3／ram30253519．003法。运用HyperWorks软件HyperStudy模块，选用加强板4／ram20162419．594自适应响应面法(ARSM)对上横梁的结构厚度尺寸加强板5／ram20162418．814／4-析。目标函