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150MN水压机有限元简析

3月 7, 2014   //   by yxkj   //   行业新闻  //  0 评论

150MN水压机是目前国内最大的自由金刚石锻造水压机,能够进行镦粗、拉拔及各种大部件的锻造任务,特别是能进行数米直径容器桶节的锻造任务,其结构复杂,多件连接,结构尺寸庞大。且为浇注件,有限元前处理非常困难,本文通过命令流的方式对150MN水压机进行了有限元分析,分析计算了压机在拉紧杆预紧力的作用下,主要部件的应力、变形情况及装配后以150MN载荷工作时主要部件的应力、变形情况。

2. 模型的建立 150MN水压机是三梁四柱结构,由下横梁、上横梁、活动横梁、立柱和拉紧杆等构成,上横梁、活动横梁、立柱、拉紧杆为单体部件,下横梁由拉紧螺栓及五个焊接结构件组成(图一)。在这里仅分析计算载荷在150MN时的应力变形情况,该情况时的载荷为对称载荷,忽略活动横梁对整个框架结构应力、变形的影响,取水压机框架结构的四分之一进行有限元分析计算,采用185号单元、179号单元及接触单元对模型进行单元划分处理,最后建立了水压机框架结构的有限元计算模型(图一)。

3. 边界条件 由于水压机结构的对称性,取水压机框架结构的四分之一进行有限元分析,其对称面按对称约束进行处理,载荷分两步进行施加,第一步施加予紧力,第二步施加150MN的均布载荷(图二),求解也分两步进行,首先求解在予紧力作用时的应力、变形,然后求解有予应力且施加150MN均布载荷时结构的应力、变形。 4. 计算结果 通过计算看到,在予紧力的作用下,拉紧杆的应力和变形都很大,第四强度理论合成应力的应力水平为117.474MPa,最大变形为19.325mm,最大合成应力出现在拉紧杆和螺母接触处,其值为232.678MPa。

立柱按第四强度理论合成应力的应力水平为87.248MPa,最大变形为6.27mm,最大合成应力为168.592MPa,出现在立柱和上、下梁接触的角点上。下梁的合成应力水平为84.425MPa,最大合成应力为168.849MPa,出现在立柱和下梁接触的角点上。

上梁的合成应力水平为87.67MPa,最大合成应力为175.232MPa,出现在拉紧杆螺母和上梁接触的处。在即有予应力又施加150MN均布载荷时,拉紧杆按第四强度理论合成应力的应力水平为146.64MPa,比初始予紧状态时的应力增加了20%,最大变形为19.325mm,没有变化,说明上、下梁和立柱间没有间隙,予紧力施加的较为合理,拉紧杆和螺母接触处的合成应力为287.903MPa,比初始予紧状态时的应力增加了20%,因为该处为多个螺纹进行接触,因此其实际应力值应该小于该值。

立柱按第四强度理论合成应力的应力水平为38.105MPa,比初始予紧状态时的应力减少了56%,最大变形为3.973mm,比初始予紧状态时的位移减少了36.6%,说明了立柱的变形有了回弹,最大合成应力为72.217MPa,出现在金刚石立柱和上、下梁接触的角点上。下梁的合成应力水平为115.773MPa,最大合成应力为231.502MPa,出现在拉紧杆螺母和下梁接触的处。

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