基于有限元的液压机结构优化设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com第2期(总第195期)机械工程与自动化No．22016年4月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMATIONApr．文章编号：1672～6413(2016)02—0052—03基于有限元的液压机结构优化设计米刘基冈，徐晶，张懿骅(扬州大学机械工程学院，江苏扬州225100)摘要：为了解决液压机强度较差的问题，利用有限元的结构优化设计方法进行了液压机改进设计。通过有限元静态刚强度计算，分析了原机身设计中的薄弱环节。运用优化设计原理，构建优化数学模型，利用work—bench软件对液压机进行了结构优化。根据优

2、化结果设计的液压机结构最大应力减小23，刚强度性能满足设计要求。关键词：液压机；有限元分析；尺寸优化中图分类号：TP391．7文献标识码：A0引言和生成实物三维实物模型，而且特征参数的变更能自液压机是一种通用的锻压机械设备，可用于落料、动反映到三维模型中。液压机结构复杂并且细节变化冲孔和成形等工序，广泛应用于汽车、航空、机械等行多，因而需简化处理模型：①机身由钢板整体焊接而业。开式液压机床身呈C形，工作时悬臂受力，变形成，分析中将其视为连续体]；②机身部件及载荷在左较大，床身的刚强度直接影响工件压制质量_】]。传统右方向对称，建立机身一半对称几何模型；③简

3、化机身的液压机设计过于依赖设计人员的经验，导致设计周细微局部结构，省略尺寸较小且不作为主要承力部分期长、成本过高、机身笨重]。基于结构优化设计的的螺栓孔和筋板_5]。方法可以保证在一定约束条件下，通过改变设计变量，机身材料为Q345B，弹性模量E一2．13×10获得最优的结构方案。MPa，泊松比一0．27。本文采用有限元法，对某型号液压机机身结构进行静态特性分析，进而从有限元分析结果出发，进行机身结构尺寸优化设计，以确定合理的设计方案。1机身结构分析本文所分析的C型液压机为某厂家所研制的板材矫平液压机，公称压力为2000kN，液压机机身结构示意图如图1所示

4、。机身是C型悬臂结构，在工作台和油缸下固定板处所受的最大压力为2000kN，机身底板与地面通过地脚螺栓联接。因为C型液压机1一立板；2一立板加强板；3一腹板；4一工作台；是开口钢架结构，工作时会产生垂直变形从而导致角5一油缸下固定板；6一油缸上固定板图1液压机机身结构图变形，致使工作台、腹板和油缸下固定板之间发生倾2．2网格划分斜。这些变形将降低液压机矫平精度，加剧油缸磨损。网格划分采用四面体单元，应力均匀区单元大小为保证所研制液压机的可靠性，需对其结构进行分析为50mm，应力梯度大的区域细化，如上下喉口、横和校核，为结构优化设计奠定基础。梁_6单元大小取

5、25mm。网格模型共有93918个节2机身有限元分析点，55291个单元，如图2所示。2．1建立机身有限元模型2．3施加约束与载荷应用Workbench软件创建机身参数化模型，参数液压机接触地面的支脚在任何方向都不能发生移化建模的关键是如何利用实物的特征参数来自动控制国家自然科学基金资助项目(51205344)；江苏省高校自然科学基金资助项目(12KJB46OO11)收稿日期：2015～05—04；修订日期：2016—02—10作者简介：刘基冈(1990一)，男，江苏盐城人，在读硕士研究生，主要研究方向为机械设计制造技术。学兔兔www.xuetutu.co

6、m学兔兔www.xuetutu.com·54·机械工程与自动化2016年第2期垂直方向最大变形优化前后没显著变化，均在设计允许参考文献：[1]谢峰，雷小宝，沈维蕾，等．基于ANSYS分析与正交实验范围之内。可见，该液压机优化结构达到了设计要求。法的液压机机身轻量化设计[J]．系统仿真学报，2008，20表1优化前、后液压机刚强度计算结果对比(22)：6054—6057．最大应力上喉口下喉口机身重量垂直方向[2]任翠锋．YH30—400液压机机身结构的有限元分析与优化参数MP最大应力最大应力最大位移aMPkgaMPamm[D]．合肥：合肥工业大学，2009：

7、34—39．[3]翁纪钊．液压冲床主要结构设计优化及实验研究[D]．广原模型214．535l47．58132．356348．43．8278州：广东工业大学，2008：26—35．改进模型164．27141．61126．226238．24．0482[4]孙组芳．开式液压机机身的有限元分析及其优化设计减小比率(％)234．044．631．74—5．7ED]．南京：东南大学，2004：26—31．[5]葛炜，左言言，沈哲．车身有限元简化建模与几何清理研4结论究[J]．拖拉机与农用运输车，2009，36(4)：97—99．笔者结合有限元法和结构优化设计理论，以提高

8、[6]周平．新型压机机身有限元分析与优化[D]．南京：南京理液压机