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    高强度冷矫直机机架结构的优化
    发布者:admin  点击:3296

    1.几何模型
    矫直机机架是实体框架组合结构,是由底座、立柱、上横梁、拉杆、螺母组成的预紧结构。该矫直机机架是具有双轴对称的对称结构。预紧时,机架的受力也具有双轴对称性,因而对机架进行预紧状态的有限元分析时,只取其四分之一结构,建立有限元模型。在矫直状态时,其受力只是单轴对称,此时,则取机架的半结构建立有限元模型,经过必要的简化处理,得到矫直机机架半结构的有限无几何模型,其上横梁的球面承载面简化成圆平面。
    2.有限元力学模型
    采用专用有限元分析软件对模型进行网格划分和添加边界条件。
    进行网格划分时,由人工控制单元边长,采用四节点四面体单元,自动划分有限元网格。取1/4结构划分好有限元网格,准备预紧状态下用。矫直状态时,将1/4机架结构连同有限元网格一起镜向,得到机架半结构有限元网格模型,这样就了机架结构和有限元网格的对称性。
    有限元网格划分完成后,设置如下边界条件形成有限元力学模型。
    3.预紧状态的应力
    预紧状态下,机架的应力主要表现为拉杆上的拉应力和立柱及上、下横梁的压应力。
    由对原结构的分析结果,可以得到如下结论:
    (1)仅在预紧力作用下,机架强度是足够的。
    (2)在矫直状态时,立柱压应力降低,但仍保持负值,说明其螺杆预紧力是足够的(1277.4t/根)。上横梁端面应力升高等效应力很接近材料的屈服极限,可适当加厚该板的厚度。底座应力值较小。
    (3)从变形情况来看,底座变形较大,且存在板自身的弯曲。
    由此可见矫直机架的结构不够合理,有必要进行优化。
    4.结构优化思路及步骤
    前面提到上横梁端面应力值很接近材料的屈服极限,而底座应力值较小,并且高应力区只在很小的局部。因此,首先考虑改善结构应力分布状况和应力值水平,在结构应力合理的情况下,再来调整结构、改善机架刚度。
    5.应力结果
    预紧状态下,机架的应力分布与原结构基本相同,但其压应力值较原结构大大降低。对比分析结果,可以得到如下结论:
    (1)结构调整后,机架应力得到了改善,机架强度足够,螺杆预紧力也是足够的。
    (2)但是机架刚度有较大程度降低,从机架的约束和变形情况看,机架底座的变形是引起机架刚度降低的主要原因,但底座的应力值并不高,其变形较大是主要由于结构形式引起的。因此,要改善机架刚度,应调整机架底座的结构形式。有效的办法是将底座的开口结构变成箱形结构并适当加筋。
    从预紧时的情况来看,机架的变形情况基本相同,这是因为预紧时,机架的变形主要是立柱及其相邻件的压缩变形,而远离立柱部分的却很小。(图/文www.wxlgjx.cn)

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