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1000吨试验机机架优化设计分析计算
作者:新濠现金直营 发布时间:2021-01-26 11:36

  要求在1000吨试验载荷下强度满足的同时最大变形不能超过3mm。本文利用ANSYS有限元程序对其进行了静态刚度和强度校核。另外,根据要求,在现有结构

  试验机机架主要由底座、横梁、立柱组成,底座和横梁由4根立柱连接在一起。其中底座和横梁箱体内由加强筋作支撑。主横梁和主底座厚度320mm,上箱体加强筋厚度110mm,下箱体加强筋厚度110mm,立柱直径280mm。试验机立柱采用45#钢,其余用A3钢焊接。本文计算时采用线弹性材料模型,材料参数选取如下:

  本试验机结构复杂,理论和工程计算都无法对部件复杂的应力状态进行有效分析,因此采用有限元分析的方法对试验机的刚度和强度进行分析。

  考虑到试验机结构的对称性,建立整个结构的1/4模型。立柱和横梁、立柱底部螺母和底座的下底板都简化为固接。同时底座上的一些小的螺栓孔及横梁框架上的四个Φ200的孔忽略不计。考虑到实际结构中底座下底板不能和底座的加强筋焊接,故建模时下底板与加强筋留了3mm的空隙,即加强筋比实际尺寸小了3mm;同样横梁的加强筋与上盖板也留了3mm的空隙。计算模型如图1所示。

  由于采用均质弹性材料,而且总体结构对称,因此在满载荷试验状态下,无论是拉伸试验还是压缩试验,底座与横梁的受力大小相等、方向相反。而且在拉伸试验中,立柱参与变形的长度要比压缩试验的短,所以,拉伸试验中的垂直变形比压缩试验的小,而应力水平相当。因此只要压缩试验状态下结构满足要求即可。

  在满载荷压缩试验状态下,底座受向下压力104kN,横梁受向上压力104kN。试验过程中,横梁“耳朵”处还受200吨的横梁锁紧力作用。

  根据结构形式,本文采用六面体和四面体两种单元,为了保证有足够的计算精度,在容易产生应力集中的地方进行网格细分[1] ,有限元网格划分如图1所示。

  施加载荷时,为避免应力集中现象,把满载荷压缩试验状态下的底座和横梁所受104kN拉力或压力转换为节点分布力,施加在底座的圆面上。“耳朵”处所受的力简化成600mm×80mm的矩形面上。

  计算模型中,在立柱和下螺母底面施加垂直方向(Z向)约束,由于1/4对称,在对称面上施加对称约束。

  图2~图4是原结构在1000吨压力、200吨锁紧力下试验机部件的相对位移和等效应力图。 根据计算结果,横梁和底座相对变形最大为1.96mm,小于设计变形3mm。

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