1、機械設計與制造一70一Machinery Design&Manufacture第2期2008年2月文章編號:100l一3997(200802-00r7咖2大型模鍛液壓機組合墊板有限元分析彭偉波黃明輝(中南大學機電工程學院,長沙410083 HeaVy die forging hydrau¨Cpress assembIed bOlster pIateS finite eIement method anaIysjsPENG Weibo,HUANG Mjnghui(The CoUege of Mechanical and Electronic,Central Soutll Univ

2、ersity,Changsha410083,China【摘要】通過jF線性有限元軟件rmrc建立了大型模鍛液壓機組合墊板結構的三維有限元模型。通過對比分析的方法,研究了在不同厚度、橫向偏我和中載和不同的螺栓預緊力下墊板的應力和變形規律。發現這種組合結構中在墊板邊緣部分對模壓力的分配沒有貢獻。螺栓在墊板彎曲變形的情況下有滑動趨勢。針對這種缺陷給出了相應修改建議,對于指導組合墊板結構設計具有參考意義。關鍵詞:組合墊板;液壓機;螺栓;有限元【Abstract】A tree擾,聊m面幾n婦e如,耽眥,加如z出D以k口乇,l弘f蒯記n擲sse,柚J!ed60厶把r pZ拋s nr它6M脅矗roz醇,c咒

3、s驢塒倒.e譏t括p叩eL77圮s,.ess cmd c臺幾硼t幻n礦f船60厶把r pZc蹴s u凡一如r d夠吝陽m三D甜鋤d伊o,聊t吖dime船幻乃凸re帆加ed6珊ed o凡覦t如砘ses.括如,以,矧6Db把r p勉esec幻n,圮he ed筘而腳e,lo com矗6m瀝n幻sfmre tJ圮zD以.卯圮6DZ拈如ere,以tD sZ咖due幻tk6如以耐ar玎lm如幾&l,le s“昭f如n nre g面en面,ned越礬ese d毫居c拈,仍se舶如d60b把rpfmes如sig他co廳,咖r_e,lce t7如贏ds塒eZ正Keywords:A鼬mbled blste

4、r plat鼯;Hydraulic pr鶴s.Bolts;Fillite ekment method 中圖分類號:THl22文獻標識碼:A大型液壓機的墊板組合結構是液壓機中的重要承載部件,它主要功能是將模具上的載荷均勻分布到橫梁上,從而改善整個壓力機的受載狀況。合理的設計墊板結構是大型壓力機的設計的難點,它將直接影響壓力機的壽命和鍛件成型的質量。由于加工能力范圍大,加工制造困難,因此墊板多采用分層分塊螺栓銷釘等多約束的預緊組合結構。傳統的墊板設計計算方法多采用彈性錐平衡解題法【lJ,由于未考慮墊板彎曲和墊板間摩擦和各種約束得影響,因此計算誤差較大。有限元技術的發展為墊板的設計研究但來了方便。但

5、是如何在有限元仿真中相對準確的模擬這種多約束組合墊板結構是一個難點。文獻口將墊板假設為平面應變分析,得到了組合墊板的應力、變形的曲線,文獻嘴采用三維有限元分析,得出了得到墊板厚度和墊板層數的不同的組合規律。由于約束的影響,在墊板的受載過程中直接影響著墊板的應力的分布和變形情況。針對大型壓力機種這種多約束的1圖l墊板組合結構簡化圖1.第四層墊板2.T型螺栓33.第三層墊板4.T型螺栓2組合墊板的結構的相似性,以300MN的大型水壓機上墊板組合結構(圖1為研究對象,采用非線性有限元軟件Marc,通過建立簡化的螺栓預緊墊板結構,探討在預應力組合墊板在巨大載的應力和變形存在的規律。.1螺栓約束的數學模

6、型在有限元理論中,為保證不同類型單元間的邊界協調性常采用多點約束方程處理。螺栓類預應力類模型同樣也采用多點約束方程睞描述。對于螺栓預應力的基本思想是將被模擬的螺栓桿有限單元模型分割成兩部分。其實質就是沿著指定的路徑將分界面的單元節點復制一份。通過一組位移和力約束方程分界面上的節點建立約束方程,通過在分界面上的節點或通過一個外部控制節點強迫位移或施加力模擬螺栓的預緊力。通用的商業有限元軟件有固化的模塊。在m腳中主要適用Overclosure Tying描述約束方程。如圖(2所示。引人約束方程5.第二層墊板top partJ ,l-LB-ul h啦bl。Il卜,1.1一一ul_U乞姊,1.-1r1

7、E_bottompart來稿日期:2007_04-19基金項目:國家重點基礎研究發展計劃(973計劃資助項目(2005cB724102圖2多點約束示意圖fo第2期彭偉波等:大型模鍛液壓機組合墊板有限元分析一71一1.64=Ul,甲+“I.腫l2.h2._+屹,m引入向量和約束矩陣(1和趨勢。(2 “=【uI.k l2.婦I,峰,坤r (3五=【五哳五2。五?！縭(4,o ,o1r弛fo,o,I(5【,o oJ其中,和O分別為單位矩陣和空(零矩陣,式(1和(2簡化為矩陣方程l=死(7F=【F。.印,:.印,刊】r(8則Fk,%(9 將方程(6代入方程(9得出多點約束力矩陣方程r牝F(10通過在控

8、制節點上施加強迫位移就可以獲得所需的預緊力。2組合墊板結構的三維有限元模型建立影響墊板力學行為的主要因素包括模壓面積的大小、墊板的厚度高度和各種約束以及載荷的偏移等等。針對大型壓力機組合墊板結構的特點對有限元模型做一下處理:(1根據墊板結構以及載荷特點取墊板的一半做研究分析。(2考慮到上橫梁的剛度比墊板組的剛度要大得多,將上橫梁簡化為剛性體。(3模壓力按均布載荷分布在模座和底層墊板的接觸面上。(4墊板之間的摩擦采用雙線性庫侖摩擦類型。(5材料的本構方程引用修正的johnn-c00k模型并簡化為廬496“34占。櫥(11材料的基本參數如表1所示。(6通過多點約束方程模擬螺栓預緊力。為了分析不同空

9、間結構和載荷狀況下墊板組的力學行為,通過以下的工況分析墊板在不同厚度和載荷條件下的應力和變形情況。前三個工況接模壓面積1560×635計算,第四個工況按模壓面積4350x900計算。工況1:通過改變底層墊板的厚度(500咖、600mm、700n塒分析層數相等組合墊板在不同高度時中載的應力和變形分布情況圖3中載應力和變形圖(1560×635囹4橫偏應力和變形圖(1560×635O2柏OO 81012柏016001020222O24e8101214伸00182000220D24億rI-工況2:墊板在不同高度的橫偏200mm時應力和變形分布情況分析層數相等組合墊板在不同

10、高度時偏載時的應力和變形分布情況表1基本參數工況3:等厚墊板在不同螺栓預緊力下的變形和應力情況工況4:通過改變模壓面積的大小分析模壓力的分布范圍EJ哪圖5墊板間Y向接觸應力曲線(1560×6353仿真結果分析(1在矩形模座情況下,接觸應力分布不是按照彈性錐理論的分布,傳播規律與截斷的拋物曲面相似。(2隨著墊板的厚度增加墊板的接觸應力呈減少趨勢,并且接觸應力的梯度變化隨著厚度的增加趨于緩和,墊板的變形也隨著墊板的厚度增加減小。(3不同的模壓面積下模壓力的分布范圍有限,在墊板縱向機械設計與制造一72一Machinery Design&Manufacture第2期2008年2月文章

11、編號:100l一3997(2008020072塒基于神經網絡和遺傳算法的脫粒裝置參數優化呋王顯仁李耀明徐立章(江蘇大學江蘇省現代農業裝備與技術重點試驗室,鎮江212013 Optimjzing0f threshing perl:Ormance based On anificiaI neuraI net、,0rk and genetjc aIgo rjthm WANG Xianren,U Ya0一ming,XU“一zhang(Jiangsu Univellsity,Zhen百iang212013,China【摘要】在自制脫粒試驗裝置上,以來脫凈率和谷粒損傷率為目標,進行了脫粒試驗。通過MATu心

12、神經網絡工具箱,建立了優化設計的數學模型。針對傳統的優化方法存在.求解過程復雜、尋優過程易陷入局部最優解的問題,應用MATu咀遺傳算法工具箱對該模型進行了優化,求得了該脫粒試驗裝置脫粒元件線速度和脫粒間隙的最佳組合。提出了一條解決脫粒裝置性能優化問題的新方法。同時,MATu舊神經網絡和遺傳算法工具箱的應用解決了其它高級語言繁重的編程任務。關鍵詞:農業裝備;脫粒性能;優化;人工神經網絡;遺傳算法【Abstract】0n o sep:也5咖d鈀st egM咖,nen卯讒e等Pernem曠rezm幻璐p6et1eerIhres7記r3tIe如ci一庇s,co,lc倒e c如講圮e口nd,l旭s危i,

13、醬pe咖rm配e蠡co,以招d扣r p口d砂,如B刀詁,m以Jk,lm如以礦fk 死,esi昭pe咖r玎瑚ce厶6“協塒訛酬啦以礎以礎姍以6仍ed Dn e印e矗朧脅.7咖6e叩imum印脅加厶06觚鵬d6y胞坳ge聊斑咖廊m幻D舾讎A,le塒脫tbd向印ti眥垤礦杌s垤pe咖肌僦e括咖一P幾&si如南k p硇卵硼吼i,醬伽噸塒謝婦e,6,峪i昭tk肘ml曲口n耖論謝聊urnz聊劬D以幻of6舛蒯gewt一記n2舯m幻Dz60戈扣r optim拓i粥礦陀si,lpe咖r打瑚配e.Key words:AgcUdtllral eqllipment;Thr髑llingperfo唧ance;o

14、pt砌zing;Arti6cial neural network;Gene6c algoritllIII中圖分類號:m6,0224文獻標識碼:A脫粒裝置是聯合收割機的核心部件之一,脫粒質量直接影響到聯合收割機的整機性能。對脫粒裝置的要求是脫粒干凈;谷來稿日期:2007-04-16國家自然科學基金資助項目(項目編號:50475123新設計裝配的墊板應多次的試壓多次擰緊。 (5對比工況1和2在偏載作用下墊板的因為載荷的不對稱表現出變形的不對稱。載荷的偏置側的變形與非偏置相比變形要大,載荷的中心也發生相對的偏移。在中載時墊板邊緣未出現分開縫的地方,偏載時出現了開縫。(6在以上所有工況分析中發現螺栓存

15、在向外滑動的趨勢,但是在彎曲交變得載荷作用下螺栓容易出現疲勞松弛。4結論通過分析中發現傳統的組合墊板結構設計中,存在著設計不合理的地方,體現在螺栓的布局不合理,墊板的體機和質量過大材料的利用率較低。仿真結果對組合墊板設計具有一定的指圖6中載應力變形圖(4350x900導意義。離模座一定的范圍墊板對模壓力的分配貢獻不大。在墊板設計參考文獻(4在工況3中,不同的預緊力作用墊板的變形不一致,預2張立華.300MN水壓機墊板組力學行為研究機械強度40(弛2(2:蘭之至拿竺竺苧三導警蘭簍妾翌妻銎塵竺耋譬:,.譽奎票簍壟!,篆蕃蓋壓機模具與支承部件的三維接觸分析鍛壓技術,:。:(2:助于減小離縫現象。過大的預緊載荷導致螺栓的周圍出現局部。二=“:歹。一一一一的變形過大出現螺栓周圍的局部離縫。原因主要是墊板的螺栓變形.在墊板的設計中應設法增大墊板和螺栓之間的相對剛度,5胡昌明等.45號鋼動態力學性能研究爆炸與沖擊娜3丑(2:18和l_92 大型模鍛液壓機組合墊板有限元分析作者:彭偉波, 黃明輝, PENG Wei-bo, HUANG Ming-hui作者單位:中南大學機電工程學院,長沙,410083刊名: 機械設計與制造英文刊名:MACHINERY