針對液壓機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：1672—0121(2013)05—0038—03液壓機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)機械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥230009)摘要：以某型液壓機上橫梁為對象，利用分析軟件建立上橫梁的有限元模型并進行靜力分析計算。在上橫梁強度和剛度校核的基礎(chǔ)上，利用分析軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊對上橫梁分別進行拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減輕上橫梁重量。關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；液壓機；上橫梁；有限元法；結(jié)構(gòu)優(yōu)化中圖分類號：TG315．4；TH123文獻標(biāo)識碼：A0引言作臺相連接。從整體四柱液壓機是制品成形生產(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化成簡支梁，采用材料力學(xué)簡化計算橫時間，取上橫梁的1／4梁剛度和強度，但這種方法具有設(shè)計周期長、結(jié)構(gòu)考模型進行靜力分析。圖1上橫梁模型圖慮不全和材料浪費等弊端lll。在對模型有限元分析利用HyperWorks軟件，對該液壓機的上橫梁前，需要根據(jù)等效原理對模型作必要簡化，保留起主進行參數(shù)化建模，校核上橫梁強度和剛度，并且對上要作用的因素而忽略如螺釘孔、銷孔、吊耳、鑄造圓橫梁進行優(yōu)化設(shè)計，既保證安全生產(chǎn)又達到結(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)格實體，采用軟件自動劃分，三維單元總數(shù)315291。Q235材料比較廉價1液壓機上橫梁結(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、者簡介：曹文鋼(1957一)，男，教授，從事數(shù)字化設(shè)計與制造、CAD／(2)立柱螺母對上橫梁的作用力。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)計變量函數(shù)，在設(shè)最大變形／mm0．37020．450．442計人員對新建模型的有一定了解的基礎(chǔ)上，通過改變上蓋板／ram40354536．023尺寸來達到一定的設(shè)計要求。其最簡單的定義為同：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)計變量加強板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)化方加強板3／ram30253519．003法。運用HyperWorks軟件HyperStudy模塊，選用加強板4／ram20162419．594自適應(yīng)響應(yīng)面法(ARSM)對上橫梁的結(jié)構(gòu)厚度尺寸加強板5／ram20162418．814／4-析。目標(biāo)函