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近年來(lái)，我國(guó)在能源、軍工和交通等重大裝備制造領(lǐng)域發(fā)展迅猛，對(duì)大型復(fù)雜鍛件有很大需求。快鍛油壓機(jī)是20世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來(lái)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(jī)采用上傳動(dòng)預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，上橫梁、活動(dòng)橫梁和固定梁受力情況和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其設(shè)計(jì)是否合理對(duì)液壓機(jī)的整體性能有直接影響。
ABAQUS被認(rèn)為是功能最強(qiáng)大的有限元分析軟件之一，能夠用來(lái)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(tái)，對(duì)25MN快鍛油壓機(jī)上橫梁、活動(dòng)橫梁和固定梁進(jìn)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(duì)快鍛油壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)，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(shí)，不合理的網(wǎng)格甚至?xí)䦟?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(diǎn)注意的一個(gè)環(huán)節(jié)。運(yùn)用ABAQUS強(qiáng)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(diǎn)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(duì)稱性，取1/4模型進(jìn)行有限元計(jì)算。根據(jù)設(shè)備的實(shí)際工作情況，在對(duì)稱面進(jìn)行對(duì)稱約束，在與拉桿螺母接觸區(qū)域進(jìn)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(gè)側(cè)缸載荷為5 MN，主缸為15MN，方向都是沿二向正方向。
活動(dòng)橫梁根據(jù)幾何模型和受力狀況的對(duì)稱性，取1/4進(jìn)行有限元計(jì)算。根據(jù)設(shè)備的實(shí)際工作情況，在對(duì)稱面進(jìn)行對(duì)稱約束，在墩粗的區(qū)域進(jìn)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(gè)側(cè)缸載荷為5 MN，主缸為15 MN，方向都是沿二向負(fù)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(duì)稱性，所以取整體模型進(jìn)行計(jì)算。在與拉桿螺母接觸區(qū)域進(jìn)行二向約束，在一個(gè)支座的邊角區(qū)域約束其他自由度，避免計(jì)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(jì)滿足剛度要求。
活動(dòng)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(dòng)橫梁與油缸接觸部位，其值為0.35 mm，表明活動(dòng)橫梁設(shè)計(jì)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(jì)滿足剛度要求。
本研究以ABAQUS有限元分析軟件為平臺(tái)，對(duì)25MN快鍛油壓機(jī)上橫梁、活動(dòng)橫梁和固定梁進(jìn)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(gè)梁的設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度和剛度要求。有限元法是液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的有力工具。
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