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        某型油壓機(jī)有限元建模及偏載分析

        2019-08-31 07:02:55王福光韓玉文張文甫
        中文信息 2019年8期
        關(guān)鍵詞:有限元變形分析

        王福光 韓玉文 張文甫

        摘 要:作者用UG軟件對(duì)油壓機(jī)建立三維模型,導(dǎo)入Hypermesh進(jìn)行分網(wǎng),再通過MSC軟件對(duì)其偏載情況進(jìn)行分析,為油壓機(jī)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了幫助。

        關(guān)鍵字:油壓機(jī) 有限元建模 偏載

        中圖分類號(hào):TH1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-9082(2019)08-0-01

        一、三維模型及有限元模型建立

        該油壓機(jī)由上中下三梁四柱組成,前后立柱之間用拉桿拉緊。油壓機(jī)材料Q235B,按照?qǐng)D紙要求油壓機(jī)的公稱壓力為51000KN。

        本次建模分析綜合使用UG、hypermesh、MSC/PATRAN、NASTRAN軟件完成。使用nastran軟件進(jìn)行分析時(shí),在橫梁與油壓機(jī)立柱相連的部分,使用了RBE2來模擬油壓機(jī)橫梁與立柱之間的連接,該單元屬于剛性單元,增加了被連接處的局部剛度,從而會(huì)在連接處產(chǎn)生應(yīng)力集中,可能導(dǎo)致分析結(jié)果偏差。立柱為薄鋼板焊接,用薄殼單元來模擬。分析過程中將油壓機(jī)底座完全約束。

        本次建模計(jì)算,要求出油壓機(jī)偏載對(duì)立柱、上下橫梁的影響。

        本次分析對(duì)油壓機(jī)進(jìn)行了必要的簡化,根據(jù)油壓機(jī)工作原理信息,直接將上梁的工作壓力加載油缸與上梁相鏈接的圓環(huán)部分,將工作臺(tái)的工作壓力加載在工作臺(tái)的平面上,滑塊部位因?yàn)閷?duì)結(jié)果影響不大,對(duì)此省略。

        UG在于其幾何建模功能,作者使用UG軟件完成油壓機(jī)三維模型的創(chuàng)建。HM軟件是美國Atair 公司產(chǎn)品,該軟件:(a)網(wǎng)格劃分操作方便;(b)網(wǎng)格劃分質(zhì)量易于控制、修改,單元質(zhì)量好;(c)與其他軟件有比較好的兼容。綜合考量后,在分析計(jì)算時(shí)我們使用MSC/PATRAN、NASTRAN軟件。將UG模型進(jìn)行導(dǎo)入hpermesh,進(jìn)行幾何處理,分網(wǎng)形成有限元模型,UG主體模型和有限元模型如下所示。

        二、加載與邊界條件

        油壓機(jī)主體結(jié)構(gòu)(無油缸)

        在橫梁與立柱之間,采用RBE2剛性單元模擬橫梁與立柱連接。由于立柱采用為薄鋼板材料焊接結(jié)構(gòu)(立柱材料為Q235B碳素結(jié)構(gòu)鋼),所以適合運(yùn)用薄殼單元模擬。按廠方要求油壓機(jī)采用公稱壓力為51000KN。

        油壓機(jī)上橫梁下表面加載條件CID Distributed load=44N

        油壓機(jī)下梁上表面加載條件CID Distributed load=--8.6N

        其它邊界條件如下:固定油壓機(jī)四根立柱的底座,分別約束底座六個(gè)自由度。前后對(duì)稱面內(nèi),共計(jì)約束246個(gè)自由度,左右對(duì)稱平面內(nèi)共計(jì)約束156個(gè)自由度。重力方向是沿Y軸負(fù)方向。油壓機(jī)中間梁固定其6個(gè)自由度。

        在基礎(chǔ)載荷上不變,加載區(qū)域外偏555mm。

        三、計(jì)算結(jié)果分析

        1.立柱應(yīng)力變形分析:最大應(yīng)力155MPa.出現(xiàn)在上下梁與立柱連接處。最大變形值1.67mm..橘黃色區(qū)域。應(yīng)力變形沒有問題。

        2.上梁應(yīng)力變形分析:最大應(yīng)力267MPa, 出現(xiàn)在加載區(qū)域。此處建模時(shí)省略了原來模型上梁底部的墊座,加上墊座的話結(jié)果或許會(huì)更小一點(diǎn),這里需要留意。最大變形值5.9mm,出現(xiàn)在加載區(qū)域(紅色部位)。該處變形較大。

        3.下梁應(yīng)力變形分析:最大應(yīng)力133MPa,出現(xiàn)在偏置部分靠近連接處的位置,深藍(lán)色的位置就是。最大變形在紅色區(qū)域其值為1.55mm。應(yīng)力變形都沒有問題。

        .

        結(jié)論

        通過以上分析得出,上梁應(yīng)力值過大,變形較大,加上墊座其值預(yù)計(jì)會(huì)減小不少,這與上橫梁結(jié)構(gòu)或者材料有關(guān),與偏載關(guān)系不大;而僅僅就偏載來說,對(duì)結(jié)果是影響不大的。本次建模分析為油壓機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。

        參考文獻(xiàn)

        [1]李新健. 大噸位四柱式閘板缸動(dòng)式液壓機(jī)的機(jī)身有限元分析[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù), 2011, 46(1):34-37.

        [2]潘伶伶. TBM刀盤系統(tǒng)的參數(shù)化建模與強(qiáng)度分析[D]. 河北工業(yè)大學(xué), 2015.

        [3]夏春芬, 韓小明, 張雷,等. 新型缸動(dòng)式液壓機(jī)整機(jī)有限元分析[C]// 國際塑性加工先進(jìn)技術(shù)研討會(huì). 2007.

        *通信作者:張文甫。

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