液压压力矫直机主机机体装配体的有限元分析

液压压力矫直机主机机体装配体的有限元分析

0预紧螺栓组在弯直过程中的作用经过处理和研磨后，棒材料弯曲，使其笔直是棒材料生产工艺中的一个重要过程。压力矫直法是目前广泛采用的一种棒材矫直法。压力矫直机利用反复弯曲并逐渐减小压弯挠度达到矫直的目的,其工作原理是将带有原始弯曲的工件支承在工作台的两个活动支点之间,然后用压头对准最弯部位进行反向压弯。当压弯量与工作弹复量相等时,压头撤回后工件的弯曲部位变直,如此进行,工件各弯曲部位必将全部变直从而达到矫直目的。分体式矫直机主机机体的前梁与后梁通过地脚螺钉组固定在钢筋混凝土基面上(如图1所示),预紧螺栓组在矫直过程中,主机机体承受着矫直力的作用,地脚螺钉承受着矫直力所带来的弯矩作用;预紧螺栓组实现前梁、后梁的连接。如果地脚螺钉的结构和螺栓预应力设计不合理,将会使主机机体产生较大的变形或者地脚螺钉所受应力过大而导致疲劳断裂,造成严重事故。因此对主机机体、地脚螺钉的结构强度和刚度进行校核就显得特别重要。1钢筋混凝土结构分体式矫直机主机机体的前梁、后梁、地脚螺钉组、预紧螺栓组与钢筋混凝土结构较复杂,其中存在接触与摩擦因素,传统的经验设计根本不能满足设计要求。有限元分析可实现设计过程的可预见、可控制性,进而缩短设计周期,降低开发成本,因此在本设计中被采用。1.1矫直机主机模型建立ANSYS的CAD/CAE协同环境AWE(ANSYSWorkbenchEnvironment)可与SolidWorks相联系,可在其环境中实现装配和CAE分析,并通过连接技术实现与SolidWorks之间的共享,从而实现设计与仿真的同步协同。本文在专业的三维绘图软件SolidWorks建立了矫直机主机机体装配模型,然后导入到ANSYSWorkbench中。由于分析式矫直机主机机体装配模型太大,分别采取对主机机体前梁、后梁的优化。1.2h自动划分网格由于分体式矫直机主机机体装配模型过于复杂,采用Workbench自动划分网格。在ANSYSWorkbench中一般不需要选取单元类型,划分方法是HexDominant,运用的是四面体与六面体结合的方式划分,得到114935个节点、33910单元。1.3限制和负荷处理1螺钉组固定方式前梁底板通过8个地脚螺钉组固定在钢筋混凝土中;后梁底板通过14个地脚螺钉组固定在钢筋混凝土中。在AWE中,凡是与钢筋混凝土相接触的焊件,都采用frictional(摩擦型,可以分开、允许摩擦滑动)设置,取摩擦系数为0.2,其余的采用bonded(绑定,不能分开、不能滑动)设置。2设置矫直力及反作用力在分体式压力矫直机主机机体前梁承力板上4个局部面施加15MN矫直力;在分体式压力矫直机主机机体后梁液压缸套环面上施加15MN反作用力;在20个预紧螺栓处施加20MPa的螺栓预应力。3螺钉机械性能等级分体式压力矫直机主机机体采用Q345A,抗拉强度在470～630MPa;地脚螺钉的机械性能等级选择在4.6～6.8级之间,最小抗拉强度在400～600MPa之间;前、后梁连接用螺栓YS125X5,材质为35CrMo。2顶封板支护应力分析分体式压力矫直机压头距离为最长时(2300mm),其强度、刚度分别如图2、3所示,最大应力主要集中在地脚螺钉处,为3179MPa;最大变形出现在顶封板边缘,其最大变形为5.9mm。由分析结果可以看出,地脚螺钉处应力过大,不满足要求。3地脚螺钉孔的数量及直径在solidWorks中,对分体式压力矫直机主机机体前梁的底板进行改良,改变地脚螺钉孔的数量(即地脚螺钉组的数量)及地脚螺钉的直径,导入AWE中进行分析,分析结果如下表1。由表1可以看出,在相同螺栓预应力下,地脚螺钉直径越大,最大应力值与总变形量越小;当增加地脚螺钉组数量时,最大应力值与总变形量将减小。4anasys-pcr优化设计模型ANSYSDesignXplorer是功能强大而方便易用的多目标优化模块。实际工程需要优化多个目标,工程中需要产品的总体性能较好而不是某一项指标较好。实际上,所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计。就本次分析而言,螺栓预应力是需要优化的参数,目标是最大应力和X方向变形量,希望该目标值越小越好。分体式压力矫直机主机机体前梁经ANSYSDesignXplorer优化分析,可得图4、5。由图4、5可得,当螺栓预应力约为40MPa时,最大应力约为321MPa,总变形量约为3.4mm,较未改良前,有很大的改变,符合设计要求。5主机的变形量将以上优化数据(包括地脚螺钉直径及螺栓预应力)应用于分体式压力矫直机主机机体后梁,得出其强度与总变形量分布图,如图6、7所示。由图6可以看出,分体式压力矫直机主机机体后梁的最大应力出现在主承梁处,其最大应力值为287MPa,主机机体材料采用Q345A,抗拉强度在470～630MPa,满足设计要求;由图7可以看出,最大变形处位于主机机体后梁顶部,最大变形量为2.74mm,满足设计要求。6预紧螺栓预充性能分析本文用ANSYSWorkbench、ANSYSDesignXplorer对液压压力矫直机主机机体前、后梁、地脚螺钉组、预紧螺栓组