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近年來，我國在能源、軍工和交通等重大裝備制造領(lǐng)域發(fā)展迅猛，對大型復(fù)雜鍛件有很大需求。快鍛油壓機是20世紀60年代開始發(fā)展起來的一種新型鍛壓設(shè)備，用于鋼錠開坯和自由鍛件的壓力加工，特別適合合金成分較高材料的鍛造。本研究的快鍛油壓機采用上傳動預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，上橫梁、活動橫梁和固定梁受力情況和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其設(shè)計是否合理對液壓機的整體性能有直接影響。
ABAQUS被認為是功能最強大的有限元分析軟件之一，能夠用來分析復(fù)雜的固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問題。本研究以ABAQUS有限元分析軟件為平臺，對25MN快鍛油壓機上橫梁、活動橫梁和固定梁進行了有限元靜力學(xué)分析，得出了這些關(guān)鍵部件在最大載荷卜的應(yīng)力分布和位移分布，其結(jié)果對快鍛油壓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)意義。
采用ABAQUS軟件建立有限元模型一般包括幾何模型建立、材料屬性定義、網(wǎng)格劃分、分析步建立、邊界條件和載荷確定、計算以及結(jié)果處理等。本研究采用SolidWorks軟件建立幾何模型、再導(dǎo)入ABAQUS中的建模方法。在SolidWork、中可以方便快捷地建立結(jié)構(gòu)模型，導(dǎo)入ABAOUS時，利用ABAQUS的模型修復(fù)功能，消除可能存在的自由邊、小平面、小尖角等幾何缺陷，從而得到精確的幾何模型。
網(wǎng)格劃分質(zhì)量的好壞直接影響求解精度和求解時，不合理的網(wǎng)格甚至會導(dǎo)致求解過程的中斷，所以網(wǎng)格劃分是分析過程中需要重點注意的一個環(huán)節(jié)。運用ABAQUS強大而便捷的網(wǎng)格劃分功能，通過在模型上設(shè)置全局種子的方法合理地控制網(wǎng)格密度。ABAQUS提供了數(shù)量眾多的單元種類以滿足各種分析類型的需要，本文采用C3D10M單元，即修正的10節(jié)點二次四面體單元。C3D10M單元的求解結(jié)果較精確，而且非常適用于幾何模型比較復(fù)雜的情況。
上橫梁根據(jù)幾何模型和受力狀況的對稱性，取1/4模型進行有限元計算。根據(jù)設(shè)備的實際工作情況，在對稱面進行對稱約束，在與拉桿螺母接觸區(qū)域進行二向約束，在與油缸法蘭接觸區(qū)域施加油缸作用力，每個側(cè)缸載荷為5 MN，主缸為15MN，方向都是沿二向正方向。
活動橫梁根據(jù)幾何模型和受力狀況的對稱性，取1/4進行有限元計算。根據(jù)設(shè)備的實際工作情況，在對稱面進行對稱約束，在墩粗的區(qū)域進行二向約束，在與油缸法蘭接觸區(qū)域施加油缸作用力，每個側(cè)缸載荷為5 MN，主缸為15 MN，方向都是沿二向負方向。
下橫梁幾何模型如圖所示。由于下梁的模型和載荷不具有對稱性，所以取整體模型進行計算。在與拉桿螺母接觸區(qū)域進行二向約束，在一個支座的邊角區(qū)域約束其他自由度，避免計算過程的剛體位移。
上橫梁應(yīng)力分布和位移分布云圖表明，除與螺母接觸區(qū)域的邊緣區(qū)域外，其他區(qū)域應(yīng)力均小于100 MPa，考慮所用材料，零件安全系數(shù)≥3，并且應(yīng)力值大部分為50-80 MPa，分布均勻合理。位移最大值為上橫梁中問底部，其值為1.25 mm，表明上橫梁設(shè)計滿足剛度要求。
活動橫梁應(yīng)力分布和位移分布云圖表明，除與上砧墊板接觸的邊緣區(qū)域外，其他區(qū)域應(yīng)力均小于100 MPa，并且應(yīng)力值大部分為30- 70MPa，分布均勻合理。位移最大值為活動橫梁與油缸接觸部位，其值為0.35 mm，表明活動橫梁設(shè)計滿足剛度要求。
固定梁應(yīng)力分布和位移分布云圖表明，除與螺母接觸區(qū)域，其他區(qū)域應(yīng)力均小于100 MPa，并且應(yīng)力值大部分為50-80 MPa，應(yīng)力分布均勻合理廠位移最大值為卜橫梁中間部位，其值為1.29 mm，表明下橫梁設(shè)計滿足剛度要求。
本研究以ABAQUS有限元分析軟件為平臺，對25MN快鍛油壓機上橫梁、活動橫梁和固定梁進行了有限元靜力學(xué)分析，得出了這些關(guān)鍵部件在最大載荷卜的應(yīng)力分布和位移分布。結(jié)果表明，三個梁的設(shè)計滿足強度和剛度要求。有限元法是液壓機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的有力工具。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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