針對(duì)液壓機(jī)上橫梁有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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1、文章編號(hào)：1672—0121(2013)05—0038—03液壓機(jī)上橫梁有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化曹文鋼。曾金越(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥230009)摘要：以某型液壓機(jī)上橫梁為對(duì)象，利用分析軟件建立上橫梁的有限元模型并進(jìn)行靜力分析計(jì)算。在上橫梁強(qiáng)度和剛度校核的基礎(chǔ)上，利用分析軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊對(duì)上橫梁分別進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減輕上橫梁重量。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；液壓機(jī)；上橫梁；有限元法；結(jié)構(gòu)優(yōu)化中圖分類號(hào)：TG315．4；TH123文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言作臺(tái)相連接。從整體四柱液壓機(jī)是制品成形生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的裝而言，上橫梁的受力備之一。它主要由液壓缸、上橫梁、滑塊、立柱

2、和工作情況可以大體看成橫臺(tái)等組成，其中上橫梁主要用來安裝液壓缸并承受向和縱向的對(duì)稱分液壓缸的反作用力，它的結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜。傳統(tǒng)方布，為了節(jié)約資源和法將橫梁簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁，采用材料力學(xué)簡(jiǎn)化計(jì)算橫時(shí)間，取上橫梁的1／4梁剛度和強(qiáng)度，但這種方法具有設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)考模型進(jìn)行靜力分析。圖1上橫梁模型圖慮不全和材料浪費(fèi)等弊端lll。在對(duì)模型有限元分析利用HyperWorks軟件，對(duì)該液壓機(jī)的上橫梁前，需要根據(jù)等效原理對(duì)模型作必要簡(jiǎn)化，保留起主進(jìn)行參數(shù)化建模，校核上橫梁強(qiáng)度和剛度，并且對(duì)上要作用的因素而忽略如螺釘孔、銷孔、吊耳、鑄造圓橫梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，既保證安全生產(chǎn)又達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)角等局部結(jié)構(gòu)?；椭亓繙p輕

3、的目的。圖2為上橫梁1／4模型網(wǎng)格實(shí)體，采用軟件自動(dòng)劃分，三維單元總數(shù)315291。Q235材料比較廉價(jià)1液壓機(jī)上橫梁結(jié)構(gòu)有限元分析但有較好的韌性和塑性，其材料力學(xué)性能如表1所1．1上橫梁有限元模型的建立示。如圖1所示為上橫梁模型圖，主要為Q235鋼上橫梁主要受液壓缸作用力和立柱螺母的約束板焊接而成的箱體，箱體對(duì)稱分布。液壓缸通過連接力。假設(shè)載荷無偏心均勻分布在液壓缸與上橫梁的法蘭與滑塊連接，上橫梁通過立柱和螺母與滑塊、工接觸有效環(huán)面上，上橫梁的載荷和約束如下_2_3]：(1)液壓缸對(duì)上橫梁的作用力。主要均勻分布在收稿日期：2013—04—07接觸有效環(huán)面上，大小為3．15MN，方向向上。作

4、者簡(jiǎn)介：曹文鋼(1957一)，男，教授，從事數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造、CAD／(2)立柱螺母對(duì)上橫梁的作用力。均勻分布在立CAE等教研柱與上橫梁的有效接觸面上，大小為0．76MN，方向StudyonblankingstructureoflargetonnageoilpressSUNGang，MENGLingwu(Pressingworkshop，QiqiharRailwayRollingStockCo．，Ltd．，Qiqiharl61002，HeilongjiangChina)Abstract：Theinteractingpartprinciplebetweenprofilingdieandlarg

5、etonnageoilpresshasbeenanalyzedintext．Theblankingstructureofthepresshasbeenoptimized．Thequalityandflatnessofthepartshavebeenroved．Keywords：Blankingholderforce；Blankingholder；Blankingoilcylinder．表2上橫梁優(yōu)化情況表3上橫梁尺寸優(yōu)化上橫梁參數(shù)最大應(yīng)力／MPa最大變形／ram質(zhì)量／t優(yōu)化變量名稱初值下限上限優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化前165．10．35660．7236目標(biāo)函數(shù)體積／mm8．24E+077．92E+07優(yōu)

6、化后168．30．37020．6695最大應(yīng)力／MPa168．3175174．365約束函數(shù)尺寸優(yōu)化是以單元尺寸為設(shè)計(jì)變量函數(shù)，在設(shè)最大變形／mm0．37020．450．442計(jì)人員對(duì)新建模型的有一定了解的基礎(chǔ)上，通過改變上蓋板／ram40354536．023尺寸來達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求。其最簡(jiǎn)單的定義為同：蓋板／mm45405040．759p=Co+~,DV，’Cj前后側(cè)板／mm30253527．2O1式中，P為優(yōu)化屬性，DV，為設(shè)計(jì)變量，C，為線性因左右側(cè)板／mm25203022．556子，為常量。底面板／mm25203022．389尺寸優(yōu)化算法類型有自適應(yīng)響應(yīng)面法設(shè)計(jì)變量加強(qiáng)板1／mm3O

7、253529．696(ARSM)、序列二次規(guī)劃法(SQP)、模式搜索法／可行加強(qiáng)板2／mm20162418．895方向法(MFD)、遺傳算法(GA)和用戶自定義優(yōu)化方加強(qiáng)板3／ram30253519．003法。運(yùn)用HyperWorks軟件HyperStudy模塊，選用加強(qiáng)板4／ram20162419．594自適應(yīng)響應(yīng)面法(ARSM)對(duì)上橫梁的結(jié)構(gòu)厚度尺寸加強(qiáng)板5／ram20162418．814／4-析。目標(biāo)函