大吨位四柱式闸板缸动式液压机的机身有限元分析

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1、■重蛹文章编号：1672—0121(2011)oi一0034--03大吨位四柱式闸板缸动式液压机的机身有限元分析李新健(山东力丰重型机床有限公司天津分公司，天津300134)摘要：利用ANSYS软件，使用板单元和体单元建立了一种新型液压机主机的有限元模型，计算出机架在承受均布载荷及偏载作用下横梁和立柱的受力情况，随后进行了整机的模态分析。运用先大规模分割体然后粘接的方法解决不同维数模型的网格划分问题，运用节点耦合的方法模拟滑动连接。得出的结果指出了原结构中的薄弱环节，为改进设计指明了方向。关键词-机械制造；机身；液压机；三梁四柱式；有限元

2、分析中图分类号：TG315．4文献标识码：B1引言在建立整机有限元分析模型时，为了尽可能如本文研究的液压机机身属于三梁四柱式结构，实的反映液压机的主要力学特征，同时减小解题规适合于压机开口高度大、压制工艺行程小的范围，是模，需要作必要的简化，如略去一些非主要承载件，一种新型结构的闸板缸动式液压机。对于上、下横梁侧面的孔予以忽略等。如果没有这种基于液压机本身的受载特点，想要全面的模拟简化，整机的有限元分析将变得非常困难，甚至是不它的工作情况，必须对其进行整体的结构分析，以便可能的。本文建立液压机计算模型的原则是：根据液分析机架承受偏载时横梁

3、及立柱的受力情况。压机实际工作情况，在保证计算模型准确性的基础首先参照液压机主机设计图纸，在ANSYS中建上，同时兼顾其经济性。立实体模型，并划分网格，施加合适的约束，然后加由于横梁上各板的板厚与其最小主要尺寸之比载，得到机架的有限元模型。根据对机架的有限元模小于1／10，所以，为更好地模拟工程实际和考虑到普型进行不同工况下的应力分析，对每种工况，求出机通微机的工作能力，横梁主要采用板(Shel1)单元，部架的危险截面及最大应力，然后对整机做了模态分分结构辅以体(Solid)单元。具体来讲就是上、下横梁析，求出机架的固有频率。全部采用板单

4、元来建模，滑块的液压缸部分采用体单元，其余采用板单元，立柱全部采用体单元建模。2有限元模型的建立2．2戈U分网格2．1建立机架模型首先，定义单元类型和材料属性。单元类型方液压机公称压力15000kN，开口行程4000mm，面，根据主机的结构特点，以后需要用到Shell63、立柱高度8960mm。其横梁为焊接件(主要由30ramSolid45和Solid92三种单元。需用到的参数还有：材到165mm不等厚度的Q235一A钢板焊接而成)，立料的弹性模量2．1e5MPa，泊松比0．26，密度7．825e一柱为锻件(直径305mm，材料为45号钢

5、)。严格地9t／mm。讲，液压机所有结构均是三维的，采用三维有限元法对于焊接横梁，本文采用的办法是将所有体与这些结构可以得到较好的结果。但是，由于整面接触的地方用面分割体，然后分别粘接体和面，同复杂，三维有限元分析模型较为庞大，从而造时在分网过程中注意在二者接触处适当加密网格，时间长，费用高，计算前后的人工准备和整理以降低不相容性，提高求解的精度，得到高质量的网大。因此，在实际情况允许的情况下，应将三格。对于立柱，采用扫略网格划分和自由网格划分相简化为二维问题，即采用平面问题计算。结合的方式，对它与横梁连接处的螺母附近采用自由分网，其他部

6、分采用扫略分网。为了保证这两种单：2010一l0—07元合理的连接，应采用金字塔单元来过渡，以期正确：李新健(1980一)，男，助工，从事液压机的设计制造连接二者。板结构采用四边形，并且用扫略来完成分蛹田网。对局部小区域，如横梁和立柱连接处形成的小机架没有刚体位移，刚度矩阵没有奇异。面，采用自由分网，但这里应当加大网格密度，以弥在ANSYS中，耦合相当于约束方程的一种特补精度损失。在单元类型使用方面，板全部采用例，其实质就是相关节点相关自由度的刚性连接。经She1163来划分；为降低问题求解规模，体采用Sol—过耦合处理以后，被耦合到一起

7、的所有节点的相应id45和Solid92相结合的方式，二者分别用于自由分自由度将具有相同的计算结果。由于现实中任何材网和扫略分网形成的网格。由此得出整机的有限元料都不可能是绝对刚性的，且材料也会有不同程度模型如图1所示。的非线性，因而这种处理方法必然会产生一定的误差，尽管这样，计算精度已足够满足工程要求。最后，根据实际工况，给上述有限元模型施加载荷，分别施加了15000kN的均布载荷和5％偏载，每种情况下的受载面积都取2／3工作台有效台面面积。2．4静力分析从整机应力图上可以看出，闸板与上横梁接触处有严重的应力集中，这主要是由模型简化造成

8、的。图1液压机整机的有限元模型本文主要研究横梁和立柱的应力情况，横梁承受均2．3边界条件与加载设置布载荷以及偏载时立柱和横梁的应力与变形情况见液压机主机结构是由多个零部件通过不同联接图4～图7