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150MN水压机有限元分析
摘 要:本文用ANSYS软件对150MN水压机整体框架进行了有限元分析,得到了各个部件在予紧力及150MN载荷作用下的各个部件的应力和位移分布情况,为设计提供充分的理论依据。
关键词:ANSYS、水压机 、上梁、下梁、立柱、拉紧杆
1. 前言
150MN水压机是目前国内最大的自由锻造水压机,能够进行镦粗、拉拔及各种大部件的锻造任务,特别是能进行数米直径容器桶节的锻造任务,其结构复杂,多件连接,结构尺寸庞大。且为浇注件,有限元前处理非常困难,本文通过命令流的方式对150MN水压机进行了有限元分析,分析计算了压机在拉紧杆预紧力的作用下,主要部件的应力、变形情况及装配后以150MN载荷工作时主要部件的应力、变形情况。
2. 模型的建立
150MN水压机是三梁四柱结构,由下横梁、上横梁、活动横梁、立柱和拉环保新材料受重视紧杆等构成,上横梁、活动横梁、立柱、拉紧杆为单体部件,下横梁由拉紧螺栓及五个焊接结构件组成(图一)。在这里仅分析计算载荷在150MN时的应力变形情况,该情况时的载荷为对称载荷,忽略活动横梁对整个框架结构应力、变形的影响,取水压机框架结构的四分之一进行有限元分析计算,采用185号单元、179号单元及接触单元对模型进行单元划分处理,最后建立了水压机框架结构的有限元计算模型(图一电脑租赁)。
(图一)水压机模型图
3. 边界条件
由于水压机结混纺袜构的对称性,取水压机框架结构的四分之一进行有限元分析,其对称面按对称约束进行处理,载荷分两步进行施加,第一步施加予紧力,第二步施加150MN的均布载荷(图二),求解也分两步进行,首先求解在予紧力作用时的应力、变形,然后求解有予应力且施加150MN均布载荷时结构的应力、变形。
(图二)水压机边界条件图
4. 计算结果
通过计算看到,在予紧力的作用下,拉紧杆的应力和变形都很大,第四强度理论合成应力的应力水平为117.474MPa,最大变形为19.325mm,最大合成应力臭氧设备出现在拉紧杆和螺母接触处,其值为232.678MPa。立柱按第四强度理论合成应力的应力水平为87.248MPa,最大变形为6.27mm,最大合成应力为168.592MPa,出现在立柱和上、下梁接触的角点上。下梁的合成应力水平为84.425MPa,最大合成应力为168.849MPa,出现在立柱和下梁接触的角点上。上梁的合成应力水平为87.67M实现实验机移动横梁的速度控制Pa,最大合成应力为175.232MPa,出现在拉紧杆螺母和上梁接触的处。在即有予应力又施加150MN均布载荷时,拉紧杆按第四强度理论合成应力压扁线机的应力水平为146.64MPa,比初始予改良基体对填料的浸润紧状态时的应力增加了20%,最大变形为19.325mm,没有变化,说明上、下梁和立柱间没有间隙,予紧力施加的较为合理,拉紧杆和螺母接触处的合成应力为287.903MPa,比初始予紧状态时的应力增加了20%,因为该处为多个螺纹进行接触,因此其实际应力值应该小于该值。立柱按第四强度理论合成应力的应力水平为38.105MPa,比初始予紧状态时的应3、撕裂实验:可得到撕裂负荷、撕裂强度力减少了56%,最大变形为3.973mm,比初始予紧状态时的位移减少了36.6%,说明了立柱的变形有了回弹,最大合成应力为72.217MPa,出现在立柱和上、下梁接触的角点上。下梁的合成应力水平为115.773MPa,最大合成应力为231.502MPa,出现在拉紧杆螺母和下梁接触的处。上梁的合成应力水平为104.685MPa,最大合成应力为207.792MPa,出现在拉紧杆螺母和上梁接触的处。上。下梁的应力主要以压应力为主,和材料的强度极限相差很远,因此,水压机是安全可用的。
(图七)上梁在预紧载荷作用下垂向位移图 (图八)上梁在预紧载荷作用下合成应力图
(图九)上梁在总载荷作用下垂直方向位移图 (图十)上梁在总载荷作用下合成应力图
(图十一)下梁在预紧载荷作用下垂向位移图 (图十二)下梁在预紧载荷作用下合成应力图
(图十九)立柱在预紧载荷作用下垂直方向位移图 (图二十)立柱在预紧载荷作用下合成应力图
5. 结束语
通过计算看到水压机的一般应力水平在38MPa~117MPa之间,而材料的屈服应力极限在300MPa以上,因此其一般应力水平的安全系数在2.5以上,设计合理可行。(end)
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