143_1000吨试验机机架优化设计分析计算

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1、2006年用户年会论文1000吨试验机机架优化设计分析计算[王炳雷陈以蔚李树虎贾华敏郭建芬][中国兵器工业集团第五三研究所，250031][摘要]本文运用ANSYS有限元程序对已设计的某大型试验机机架的刚强度进行了校核。另外，在现有结构分析计算的基础上对主底座和主横梁以及其隔板的厚度进行了优化设计，既达到了设计要求又降低了成本。[关键词]试验机机架优化设计底座横梁Optimizationdesignof1000tontest-bedstructure[WangBinglei,ChenYiwei,LiShuhu,Ji

2、aHuamin,GuoJianfen][CNGCInstitute53,250031][Abstract]Inthispaper,ANSYSisintroducedtoanalyzethestrengthandrigidityofalarge-scaletest-bedstructure.Inadditional,optimizationdesignsareconductedonthethicknessofmainbase,maincrossbeamandclapboardbasedontheanalyticres

3、ults.Onthiscondition,engineeringdemandismetandcostissaved.[Keyword]test-bedstructureoptimizationdesignbasecrossbeam1前言试验机机架是试验机承载试验样品的基础结构，工程上有严格的刚强度要求。已设计的1000吨试验机要求在1000吨试验载荷下强度满足的同时最大变形不能超过3mm。本文利用ANSYS有限元程序对其进行了静态刚度和强度校核。另外，根据要求，在现有结构分析计算的基础上，对某些结构参数进行了优化设

4、计，达到节约成本的目的。2试验机结构及材料参数试验机机架主要由底座、横梁、立柱组成，底座和横梁由4根立柱连接在一起。其中底座和横梁箱体内由加强筋作支撑。主横梁和主底座厚度320mm，上箱体加强筋厚度110mm，下箱12006年用户年会论文体加强筋厚度110mm，立柱直径280mm。试验机立柱采用45#钢，其余用A3钢焊接。本文计算时采用线弹性材料模型，材料参数选取如下：弹性模量：210GPa；泊松比：0.3；3有限元计算本试验机结构复杂，理论和工程计算都无法对部件复杂的应力状态进行有效分析，因此采用有限元分析的方法

5、对试验机的刚度和强度进行分析。3.1计算结构模型考虑到试验机结构的对称性，建立整个结构的1/4模型。立柱和横梁、立柱底部螺母和底座的下底板都简化为固接。同时底座上的一些小的螺栓孔及横梁框架上的四个Φ200的孔忽略不计。考虑到实际结构中底座下底板不能和底座的加强筋焊接，故建模时下底板与加强筋留了3mm的空隙，即加强筋比实际尺寸小了3mm；同样横梁的加强筋与上盖板也留了3mm的空隙。计算模型如图1所示。3.2计算工况条件由于采用均质弹性材料，而且总体结构对称，因此在满载荷试验状态下，无论是拉伸试验还是压缩试验，底座与横

6、梁的受力大小相等、方向相反。而且在拉伸试验中，立柱参与变形的长度要比压缩试验的短，所以，拉伸试验中的垂直变形比压缩试验的小，而应力水平相当。因此只要压缩试验状态下结构满足要求即可。44在满载荷压缩试验状态下，底座受向下压力10kN，横梁受向上压力10kN。试验过程中，横梁“耳朵”处还受200吨的横梁锁紧力作用。3.3其他计算条件的设定A．网格划分根据结构形式，本文采用六面体和四面体两种单元，为了保证有足够的计算精度，在[1]容易产生应力集中的地方进行网格细分，有限元网格划分如图1所示。B．载荷条件的施加4施加载荷时

7、，为避免应力集中现象，把满载荷压缩试验状态下的底座和横梁所受10kN拉力或压力转换为节点分布力，施加在底座的圆面上。“耳朵”处所受的力简化成600mm×80mm的矩形面上。C．约束条件计算模型中，在立柱和下螺母底面施加垂直方向（Z向）约束，由于1/4对称，在对称面上施加对称约束。D．求解控制求解类型为线性、静态求解。22006年用户年会论文4计算结果4.1原结构的计算结果按照原结构尺寸进行有限元分析，主要计算结果见表1：表1原结构的计算结果上箱体垂直相对下箱体最耳根最最大等耳朵最大节点数单元数最大变形大等效应大应力

8、效应力变形（mm）（mm）力（MPa）（MPa）（MPa）1083303985741.96971780.64151图2~图4是原结构在1000吨压力、200吨锁紧力下试验机部件的相对位移和等效应力图。根据计算结果，横梁和底座相对变形最大为1.96mm，小于设计变形3mm。根据等效应力图（图3~图4），结构中各部件的主要应力值在110MPa以下，最大应力仅出现