液壓壓力矯直機主機機體裝配體的有限元分析

液壓壓力矯直機主機機體裝配體的有限元分析

0預緊螺栓組在彎直過程中的作用經(jīng)過處理和研磨后，棒材料彎曲，使其筆直是棒材料生產(chǎn)工藝中的一個重要過程。壓力矯直法是目前廣泛采用的一種棒材矯直法。壓力矯直機利用反復彎曲并逐漸減小壓彎撓度達到矯直的目的,其工作原理是將帶有原始彎曲的工件支承在工作臺的兩個活動支點之間,然后用壓頭對準最彎部位進行反向壓彎。當壓彎量與工作彈復量相等時,壓頭撤回后工件的彎曲部位變直,如此進行,工件各彎曲部位必將全部變直從而達到矯直目的。分體式矯直機主機機體的前梁與后梁通過地腳螺釘組固定在鋼筋混凝土基面上(如圖1所示),預緊螺栓組在矯直過程中,主機機體承受著矯直力的作用,地腳螺釘承受著矯直力所帶來的彎矩作用;預緊螺栓組實現(xiàn)前梁、后梁的連接。如果地腳螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)和螺栓預應力設計不合理,將會使主機機體產(chǎn)生較大的變形或者地腳螺釘所受應力過大而導致疲勞斷裂,造成嚴重事故。因此對主機機體、地腳螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)強度和剛度進行校核就顯得特別重要。1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分體式矯直機主機機體的前梁、后梁、地腳螺釘組、預緊螺栓組與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)較復雜,其中存在接觸與摩擦因素,傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計根本不能滿足設計要求。有限元分析可實現(xiàn)設計過程的可預見、可控制性,進而縮短設計周期,降低開發(fā)成本,因此在本設計中被采用。1.1矯直機主機模型建立ANSYS的CAD/CAE協(xié)同環(huán)境AWE(ANSYSWorkbenchEnvironment)可與SolidWorks相聯(lián)系,可在其環(huán)境中實現(xiàn)裝配和CAE分析,并通過連接技術實現(xiàn)與SolidWorks之間的共享,從而實現(xiàn)設計與仿真的同步協(xié)同。本文在專業(yè)的三維繪圖軟件SolidWorks建立了矯直機主機機體裝配模型,然后導入到ANSYSWorkbench中。由于分析式矯直機主機機體裝配模型太大,分別采取對主機機體前梁、后梁的優(yōu)化。1.2h自動劃分網(wǎng)格由于分體式矯直機主機機體裝配模型過于復雜,采用Workbench自動劃分網(wǎng)格。在ANSYSWorkbench中一般不需要選取單元類型,劃分方法是HexDominant,運用的是四面體與六面體結(jié)合的方式劃分,得到114935個節(jié)點、33910單元。1.3限制和負荷處理1螺釘組固定方式前梁底板通過8個地腳螺釘組固定在鋼筋混凝土中;后梁底板通過14個地腳螺釘組固定在鋼筋混凝土中。在AWE中,凡是與鋼筋混凝土相接觸的焊件,都采用frictional(摩擦型,可以分開、允許摩擦滑動)設置,取摩擦系數(shù)為0.2,其余的采用bonded(綁定,不能分開、不能滑動)設置。2設置矯直力及反作用力在分體式壓力矯直機主機機體前梁承力板上4個局部面施加15MN矯直力;在分體式壓力矯直機主機機體后梁液壓缸套環(huán)面上施加15MN反作用力;在20個預緊螺栓處施加20MPa的螺栓預應力。3螺釘機械性能等級分體式壓力矯直機主機機體采用Q345A,抗拉強度在470～630MPa;地腳螺釘?shù)臋C械性能等級選擇在4.6～6.8級之間,最小抗拉強度在400～600MPa之間;前、后梁連接用螺栓YS125X5,材質(zhì)為35CrMo。2頂封板支護應力分析分體式壓力矯直機壓頭距離為最長時(2300mm),其強度、剛度分別如圖2、3所示,最大應力主要集中在地腳螺釘處,為3179MPa;最大變形出現(xiàn)在頂封板邊緣,其最大變形為5.9mm。由分析結(jié)果可以看出,地腳螺釘處應力過大,不滿足要求。3地腳螺釘孔的數(shù)量及直徑在solidWorks中,對分體式壓力矯直機主機機體前梁的底板進行改良,改變地腳螺釘孔的數(shù)量(即地腳螺釘組的數(shù)量)及地腳螺釘?shù)闹睆?導入AWE中進行分析,分析結(jié)果如下表1。由表1可以看出,在相同螺栓預應力下,地腳螺釘直徑越大,最大應力值與總變形量越小;當增加地腳螺釘組數(shù)量時,最大應力值與總變形量將減小。4anasys-pcr優(yōu)化設計模型ANSYSDesignXplorer是功能強大而方便易用的多目標優(yōu)化模塊。實際工程需要優(yōu)化多個目標,工程中需要產(chǎn)品的總體性能較好而不是某一項指標較好。實際上,所有可以參數(shù)化的ANSYS選項都可以作優(yōu)化設計。就本次分析而言,螺栓預應力是需要優(yōu)化的參數(shù),目標是最大應力和X方向變形量,希望該目標值越小越好。分體式壓力矯直機主機機體前梁經(jīng)ANSYSDesignXplorer優(yōu)化分析,可得圖4、5。由圖4、5可得,當螺栓預應力約為40MPa時,最大應力約為321MPa,總變形量約為3.4mm,較未改良前,有很大的改變,符合設計要求。5主機的變形量將以上優(yōu)化數(shù)據(jù)(包括地腳螺釘直徑及螺栓預應力)應用于分體式壓力矯直機主機機體后梁,得出其強度與總變形量分布圖,如圖6、7所示。由圖6可以看出,分體式壓力矯直機主機機體后梁的最大應力出現(xiàn)在主承梁處,其最大應力值為287MPa,主機機體材料采用Q345A,抗拉強度在470～630MPa,滿足設計要求;由圖7可以看出,最大變形處位于主機機體后梁頂部,最大變形量為2.74mm,滿足設計要求。6預緊螺栓預充性能分析本文用ANSYSWorkbench、ANSYSDesignXplorer對液壓壓力矯直機主機機體前、后梁、地腳螺釘組、預緊螺栓組