高强度冷矫直机机架结构的优化

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1.几何模型 矫直机机架是实体框架组合结构，是由底座、立柱、上横梁、拉杆、螺母组成的预紧结构。该矫直机机架是具有双轴对称的对称结构。预紧时，机架的受力也具有双轴对称性，因而对机架进行预紧状态的有限元分析时，只取其四分之一结构，建立有限元模型。在矫直状态时，其受力只是单轴对称，此时，则取机架的半结构建立有限元模型，经过必要的简化处理，得到矫直机机架半结构的有限无几何模型，其上横梁的球面承载面简化成圆平面。 2.有限元力学模型 采用专用有限元分析软件对模型进行网格划分和添加边界条件。 进行网格划分时，由人工控制单元边长，采用四节点四面体单元，自动划分有限元网格。取1/4结构划分好有限元网格，准备预紧状态下用。矫直状态时，将1/4机架结构连同有限元网格一起镜向，得到机架半结构有限元网格模型，这样就了机架结构和有限元网格的对称性。 有限元网格划分完成后，设置如下边界条件形成有限元力学模型。 3.预紧状态的应力 预紧状态下，机架的应力主要表现为拉杆上的拉应力和立柱及上、下横梁的压应力。 由对原结构的分析结果，可以得到如下结论： (1)仅在预紧力作用下，机架强度是足够的。 (2)在矫直状态时，立柱压应力降低，但仍保持负值，说明其螺杆预紧力是足够的(1277.4t/根)。上横梁端面应力升高等效应力很接近材料的屈服极限，可适当加厚该板的厚度。底座应力值较小。 (3)从变形情况来看，底座变形较大，且存在板自身的弯曲。 由此可见矫直机架的结构不够合理，有必要进行优化。 4.结构优化思路及步骤 前面提到上横梁端面应力值很接近材料的屈服极限，而底座应力值较小，并且高应力区只在很小的局部。因此，首先考虑改善结构应力分布状况和应力值水平，在结构应力合理的情况下，再来调整结构、改善机架刚度。 5.应力结果 预紧状态下，机架的应力分布与原结构基本相同，但其压应力值较原结构大大降低。对比分析结果，可以得到如下结论： (1)结构调整后，机架应力得到了改善，机架强度足够，螺杆预紧力也是足够的。 (2)但是机架刚度有较大程度降低，从机架的约束和变形情况看，机架底座的变形是引起机架刚度降低的主要原因，但底座的应力值并不高，其变形较大是主要由于结构形式引起的。因此，要改善机架刚度，应调整机架底座的结构形式。有效的办法是将底座的开口结构变成箱形结构并适当加筋。 从预紧时的情况来看，机架的变形情况基本相同，这是因为预紧时，机架的变形主要是立柱及其相邻件的压缩变形，而远离立柱部分的却很小。(图/文www.wxlgjx.cn)

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