某型油压机有限元建模及偏载分析

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　　摘 要：作者用UG软件对油压机建立三维模型，导入Hypermesh进行分网，再通过MSC软件对其偏载情况进行分析，为油压机进一步优化设计提供了帮助。
　　关键字：油压机 有限元建模 偏载
　　中图分类号：TH1 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）08-0-01
　　一、三维模型及有限元模型建立
　　该油压机由上中下三梁四柱组成，前后立柱之间用拉杆拉紧。油压机材料Q235B，按照图纸要求油压机的公称压力为51000KN。
　　本次建模分析综合使用UG、hypermesh、MSC/PATRAN、NASTRAN軟件完成。使用nastran软件进行分析时，在横梁与油压机立柱相连的部分，使用了RBE2来模拟油压机横梁与立柱之间的连接，该单元属于刚性单元，增加了被连接处的局部刚度，从而会在连接处产生应力集中，可能导致分析结果偏差。立柱为薄钢板焊接，用薄壳单元来模拟。分析过程中将油压机底座完全约束。
　　本次建模计算，要求出油压机偏载对立柱、上下横梁的影响。
　　本次分析对油压机进行了必要的简化，根据油压机工作原理信息，直接将上梁的工作压力加载油缸与上梁相链接的圆环部分，将工作台的工作压力加载在工作台的平面上，滑块部位因为对结果影响不大，对此省略。
　　UG在于其几何建模功能，作者使用UG软件完成油压机三维模型的创建。HM软件是美国Atair 公司产品，该软件：（a）网格划分操作方便;（b）网格划分质量易于控制、修改，单元质量好;（c）与其他软件有比较好的兼容。综合考量后，在分析计算时我们使用MSC/PATRAN、NASTRAN软件。将UG模型进行导入hpermesh，进行几何处理，分网形成有限元模型，UG主体模型和有限元模型如下所示。
　　二、加载与边界条件
　　油压机主体结构（无油缸）
　　在横梁与立柱之间，采用RBE2刚性单元模拟横梁与立柱连接。由于立柱采用为薄钢板材料焊接结构（立柱材料为Q235B碳素结构钢），所以适合运用薄壳单元模拟。按厂方要求油压机采用公称压力为51000KN。
　　油压机上横梁下表面加载条件CID Distributed load=44N
　　油压机下梁上表面加载条件CID Distributed load=--8.6N
　　其它边界条件如下：固定油压机四根立柱的底座，分别约束底座六个自由度。前后对称面内，共计约束246个自由度，左右对称平面内共计约束156个自由度。重力方向是沿Y轴负方向。油压机中间梁固定其6个自由度。
　　在基础载荷上不变，加载区域外偏555mm。
　　三、计算结果分析
　　1.立柱应力变形分析：最大应力155MPa.出现在上下梁与立柱连接处。最大变形值1.67mm..橘黄色区域。应力变形没有问题。
　　2.上梁应力变形分析：最大应力267MPa， 出现在加载区域。此处建模时省略了原来模型上梁底部的垫座，加上垫座的话结果或许会更小一点，这里需要留意。最大变形值5.9mm，出现在加载区域（红色部位）。该处变形较大。
　　3.下梁应力变形分析：最大应力133MPa，出现在偏置部分靠近连接处的位置，深蓝色的位置就是。最大变形在红色区域其值为1.55mm。应力变形都没有问题。
　　.
　　结论
　　通过以上分析得出，上梁应力值过大，变形较大，加上垫座其值预计会减小不少，这与上横梁结构或者材料有关，与偏载关系不大;而仅仅就偏载来说，对结果是影响不大的。本次建模分析为油压机的进一步优化设计提供了参考。
　　参考文献
　　[1]李新健. 大吨位四柱式闸板缸动式液压机的机身有限元分析[J]. 锻压装备与制造技术， 2011， 46（1）：34-37.
　　[2]潘伶伶. TBM刀盘系统的参数化建模与强度分析[D]. 河北工业大学， 2015.
　　[3]夏春芬， 韩小明， 张雷，等. 新型缸动式液压机整机有限元分析[C]// 国际塑性加工先进技术研讨会. 2007.
　　*通信作者：张文甫。
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