某型油壓機(jī)有限元建模及偏載分析

王福光　韓玉文　張文甫

摘 要：作者用UG軟件對油壓機(jī)建立三維模型，導(dǎo)入Hypermesh進(jìn)行分網(wǎng)，再通過MSC軟件對其偏載情況進(jìn)行分析，為油壓機(jī)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了幫助。

關(guān)鍵字：油壓機(jī) 有限元建模 偏載

中圖分類號：TH1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-9082（2019）08-0-01

一、三維模型及有限元模型建立

該油壓機(jī)由上中下三梁四柱組成，前后立柱之間用拉桿拉緊。油壓機(jī)材料Q235B，按照圖紙要求油壓機(jī)的公稱壓力為51000KN。

本次建模分析綜合使用UG、hypermesh、MSC/PATRAN、NASTRAN軟件完成。使用nastran軟件進(jìn)行分析時，在橫梁與油壓機(jī)立柱相連的部分，使用了RBE2來模擬油壓機(jī)橫梁與立柱之間的連接，該單元屬于剛性單元，增加了被連接處的局部剛度，從而會在連接處產(chǎn)生應(yīng)力集中，可能導(dǎo)致分析結(jié)果偏差。立柱為薄鋼板焊接，用薄殼單元來模擬。分析過程中將油壓機(jī)底座完全約束。

本次建模計(jì)算，要求出油壓機(jī)偏載對立柱、上下橫梁的影響。

本次分析對油壓機(jī)進(jìn)行了必要的簡化，根據(jù)油壓機(jī)工作原理信息，直接將上梁的工作壓力加載油缸與上梁相鏈接的圓環(huán)部分，將工作臺的工作壓力加載在工作臺的平面上，滑塊部位因?yàn)閷Y(jié)果影響不大，對此省略。

UG在于其幾何建模功能，作者使用UG軟件完成油壓機(jī)三維模型的創(chuàng)建。HM軟件是美國Atair 公司產(chǎn)品，該軟件：（a）網(wǎng)格劃分操作方便;（b）網(wǎng)格劃分質(zhì)量易于控制、修改，單元質(zhì)量好;（c）與其他軟件有比較好的兼容。綜合考量后，在分析計(jì)算時我們使用MSC/PATRAN、NASTRAN軟件。將UG模型進(jìn)行導(dǎo)入hpermesh，進(jìn)行幾何處理，分網(wǎng)形成有限元模型，UG主體模型和有限元模型如下所示。

二、加載與邊界條件

油壓機(jī)主體結(jié)構(gòu)（無油缸）

在橫梁與立柱之間，采用RBE2剛性單元模擬橫梁與立柱連接。由于立柱采用為薄鋼板材料焊接結(jié)構(gòu)（立柱材料為Q235B碳素結(jié)構(gòu)鋼），所以適合運(yùn)用薄殼單元模擬。按廠方要求油壓機(jī)采用公稱壓力為51000KN。

油壓機(jī)上橫梁下表面加載條件CID Distributed load=44N

油壓機(jī)下梁上表面加載條件CID Distributed load=--8.6N

其它邊界條件如下：固定油壓機(jī)四根立柱的底座，分別約束底座六個自由度。前后對稱面內(nèi)，共計(jì)約束246個自由度，左右對稱平面內(nèi)共計(jì)約束156個自由度。重力方向是沿Y軸負(fù)方向。油壓機(jī)中間梁固定其6個自由度。

在基礎(chǔ)載荷上不變，加載區(qū)域外偏555mm。

三、計(jì)算結(jié)果分析

1.立柱應(yīng)力變形分析：最大應(yīng)力155MPa.出現(xiàn)在上下梁與立柱連接處。最大變形值1.67mm..橘黃色區(qū)域。應(yīng)力變形沒有問題。

2.上梁應(yīng)力變形分析：最大應(yīng)力267MPa， 出現(xiàn)在加載區(qū)域。此處建模時省略了原來模型上梁底部的墊座，加上墊座的話結(jié)果或許會更小一點(diǎn)，這里需要留意。最大變形值5.9mm，出現(xiàn)在加載區(qū)域（紅色部位）。該處變形較大。

3.下梁應(yīng)力變形分析：最大應(yīng)力133MPa，出現(xiàn)在偏置部分靠近連接處的位置，深藍(lán)色的位置就是。最大變形在紅色區(qū)域其值為1.55mm。應(yīng)力變形都沒有問題。

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結(jié)論

通過以上分析得出，上梁應(yīng)力值過大，變形較大，加上墊座其值預(yù)計(jì)會減小不少，這與上橫梁結(jié)構(gòu)或者材料有關(guān)，與偏載關(guān)系不大;而僅僅就偏載來說，對結(jié)果是影響不大的。本次建模分析為油壓機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。

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*通信作者：張文甫。