1、東南大學碩士學位論文閉式壓力機機身動力學分析與仿真姓名：張皓申請學位級別：碩士專業：機械電子工程指導教師：賈方20070301摘要閉式壓力機機身動力學分析與仿真摘要舉文應心稍對一型高速甩力機閉式組合機身進行了有限元靜、動態分輯與仿囊，遁過試嬤驗證所建有限廷摸型的花確性，提出騷攝壽寨艿迸囂了動態仿真，棱驗減震器的減震效粟。首先分昕了削式壓力機組合機身的綿構及受力特點，引入單元席中的實體單元建立？掇雋憨存袈元援疆，采捌接疆單元摸攝綴臺撬雋囂，：之離鵑摟艇墓，粟耀螺拴擎囂摸擬組合機身中拉什的預緊力怍川。對機身的預緊狀態和中心載荷：作狀態進行了靜態分斤得劃了機身的變形培自膨力分布狀況；采心法計算了組合

2、機身的前：階模態，分折了轟涂壤態對疆力橇氍身前彩嚷。為祝身麓振動勢輯握洪？依據霉參考。柱靜態分斷手；模態分昕的婪礎上首次成功建立了剛式腰力機組臺帆身動態響意分析鼢胬裂元摸愛，分輯了娜式魘力楓組臺搬身盤典型強兄的動態響成。考感劁預緊力對機身動戀響應的影響，修改模犁弗采用略式一顯式序列求解方法對祝身的空轉：況平打樁：況的動態響戍逃行了計辮。通過對機身莊這兩種：況卜各部什的響應信號的測試，所得試驗數據與番疆元謗葬縫鬃擺魄含。酸誕了摸黎豹可褰性。膨上述模掣重點分忻了蕊力機住尊次沖裁和連續沖裁條：機身的變形與席力響席，定域地確定了連續沖裁條：能姑積累導效麻力增繾。針耐沖哉：況在閉式壓力機的液振襲詩串成功

3、璉入隧囂減震器，存效縫捧澍了橇羹農菜些筵攘額睪蠢辯運鵑纛功晌應，連一步提高了機身的再項性能，減少了機身艇：作狀況卜受迫振動稠白激振動對加：精度的影響。關鍵調：組臺機身、；感分折，動態響戍分析，沖裁、減艘器東南人學顧：舉位論文燃，。，母乜幽糟血，批秘豫蝴。，：、，、，、東南大學學位論文獨創性聲明本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特制加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其縫人已經發表或撰寫過的褥究成聚，也不瓤岔為獲褥末摩大學或其它教育飄掏的學位或證粥而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文孛镎明酸熬謾筏勢表示滾意

4、。研究生簽名：！巡鄹期：地蘭：塑東南大學學位論文使用授權聲明東南大學、中圜科學技術信息研究所、凰家圖書館有權留本人所送交學位論文的復印件和電予文檔，討以采用影印、縮印或麓他復制手段傈稃論文。率入電予文蹬的內容積紙質論文麴內容槌一致。除在保密期內的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內容。論文的公布（包蕤弱登）援投東愨穴學臻交生茨辦毽。研究生簽名：熬壁導師簽名：期：絲：墨當第一章緒論研究背景及課題來源第一章緒論鍛壓機械是機械：業中的基本作母機之一在工業生產中有極其重要的地位。隨著我國經濟高速增長和市場的迅速發展，汽下及其配件、家電器、石油化工、電力致備、儀器儀表

5、、機械制造、計算機、建筑等行業在發展過稃中人鼙需求鍛壓機械。鍛壓生產在業中有重要的地位，采川鍛壓：藝生產的：什具有效率高、質顰好、重量輕平成本低鋒特點。目前先進：業國家鍛壓設備所的比重均在全部機床擁有鼙的以上，鍛壓設備的水平、擁有姑和構成比不僅對鍛樂生產起著關鍵作，而且在一定程度上還標忐著一個國家機械制造：業的技術水平。鍛壓機械住機床中，有相當人的比重，鰣式曲柄壓力機是鍛壓生產中應最廣泛的設備之一在現代業生產中曲柄壓力機擔當著重要的角色隨著現代科學技術的發展人噸位、高進度、高設率、高精度、高柔性是現代鍛壓機械最重要的發展趨勢川【。但由此帶米的振動以及哄盧已成為束縛壓力機發展的桎梏。然而目前在曲

6、柄壓力機的設計與改礎的過程中，人多數仍然采川傳統的經驗設計和類比的方法計算結果常常與實測值相差其遠，而且還伴隨著振動與噪盧問題傳統的設計方法已經跟不上時代的要求。由丁曲柄壓力機在不同轉速和作情況會山現不同的麻力分布與變形形態，要求設計者使最佳的結構，使壓力機在載荷作用卜山現最小的變形與保持最穩定的作狀態。然而在設計過科中，分析設計結構住：作過程中的特性，一直是斟擾設計人員的難題。岡為壓力機復雜的形狀與不平衡的質鼙分布使其住承受高強度沖擊載荷時利川傳統的理論計算雄以得劍變形與穩定性的結果，常常采的方法是制作樣機并進行測試，根據測試結果調整設計方案。這樣做有兩個明顯的缺陷：制造周期長、費花費巨人以

7、及模型與實際壓力機之間的相似性難以保證隨著技術的日益普及和庵川，有限元方法等現代結構分析方法己為：欄技術人員廣為認識豐使【，它可以解決上述難題。有限元的方法泛應取得了顯并的技術經濟效；利用技術進行產品的動靜態分析、驗證、調牾和優化產品結構，已成為提升我國制造業璋體實力的當務之急。這樣才能進一步縮短設計周期，降低制造成本，提高產品的質鼙和可靠性，更好地適應市場的變化，增強企業的實力。本課題結合徐州鍛壓機床廠的型高速壓力機改造項目，采有限元分析模擬的方法對壓力機進行了動力學性能的研究為產品的設計豐試驗提供了依據和指導。壓力機機身結構分析的發展現狀機身是壓力機的重要組成部分，它不僅是其土要零例：的裝

8、配基體，而且還要承受機器的全部作載荷（某些傳動壓力機除外），機身的承載能力和變形人小及其動態性能將直接影響產品的精度及模具的使川壽命。早刪人們對機身的研究是采材料力學的方法計算出設備在公稱壓力危險點的應力莆機身雖人變形，再引入許應力幣許變形，使其應力和變形低丁設備許川應力和許變形即可。期以來機械敬計一直沿川經驗類比的設計方法。這種傳統的設計方法的設計過樣可以概括為“設計一評價一一再設計”的過拌既先根據掌握的各種基礎幣專業知識，針對設東南人學硎學位論文計任務及要求進行凋卉研究和收集有犬資料參照以有的相同或類似的任務、現有的或己完成的較為成熟的毆計方案，憑借設計者的實際經驗，輔以必要的分析計算，確

9、定一個合適的設計方案并通過占箅，初步確定有關參數：然后對初定方案進行必要的分析計算及校核計算：如果某些設計要求得不到滿足，則可進行設計方案的修改、設計參數的調銠，并再一次分析及授核計算；如此多次反復，直劍得劍白認為是滿意的設計方案為“”。顯然，這種傳統的毆計過樣是人。：試湊與類比分析的過程，主要有兩個缺點：一是轉個設計過程很繁雜，。：作簧人，效率低，設計周期：二是設計方案的好壞報人程度上取決丁設計者的水平和經驗累積，且初始方案對最終方案的經濟性和合理性影響報人往往缺少人力和時間左進行多方窠的對比只限丁少數幾個侯選方案中進行分析雨比較岡此實際采的方案井計是雖好方案。這種設計方法從本世紀初一直沿到

10、現在。由于這種方法不需要引進先進的設備，所以國內外絕人部分的壓力機生產企業都使心這種方法。但是材料力學的研究的對象土要是橫截面尺寸遠小于軸線長度的桿什，往往采塒了一些戈丁變形的近似假毆如平面假毆等，近似的求得所研究軒什在外力作。的席力和變形，最幣再加入許多人為的經驗才能滿足：拌要求。將機身簡化為材料力學中的桿什或桿什組合，其計算結果可靠性低，很難說明問題。設計者為了保險，往往加火安全系數結果使得設備常笨重既增加了成本，又浪費了原材料。在此基礎上的優化，也不過是局部平近似的優化而已在：樣中更常見的不是桿什而是形狀常復雜的結構，很難材料力學的方法米研究。機器中有報多零中截面尺寸經常變化，如軸肩、切

11、槽和油孔等。在這些截面上，實際應力與材料力學公式計算的結果相差很人。彈性力學研究的是理想彈性體在外力作川。的變形與應力。它所研究的變形從兒何形狀來說比較泛，并不局限下桿，由丁經典彈性力學的要求比較嚴格，以至于許多實際問題經典彈性力學難以求解。而有限元法是對彈性力學的補充，彌補了經典彈性力學的不足，在機床綃構力學方面得劍“泛的麻川。有限元法實際上是占典變分法的一種變體幣發展，其基本思想離敵化的觀點，早在二十世紀四十年代就己經提出來了。到了五十年代初，英國的一個航空系教授口占里斯（）和他的合作者打破了十年沉默的局面，使有限元成功地戍丁結構分析問題。與此同時，美國敦授克勞丈（）：三角形單元對機結構進

12、行計算并在年首先提山了“有限元法”的概念。此后的十年是有限元法在國際上蓬勃發展的十年。六十年代中、后期，數學家開始介入對有限元法的研究，促使有限元法有了堅強的數學基礎。年英國教授辛克維茨（）及其合作者提山了有限元法可麻川丁所有場的問題。有限元法首先應丁航空：氍。由丁其方法的有效性，迅速鈹推廣應川丁造船、機械、動力、建筑幫核千等：群部】。并從州體力學領域擴展劍流體力學、傳熱學、電磁學、盧學和振動學等領域，伴隨高速數字電子計算機的發展平有限元理論的研究得劍迅速發展鍛壓機械的靜態有限元分析土要是從上個紀七十年代開始的，我國具有代表性的文章是文獻【土要是根據刪壓力機機身左、部分的受力簡圖，利平面問題的

13、有限元樣序計算出齊單元仃點的位移與廊力，升求山機身的線剛度幣角剛度，與實測利材料力學的計算值進行比較驗證。隨亓這方面的研究逐漸增多，領域不斷擴人深入。王留德是利臼編的空間扳系通州程序對閉式噸數控同轉頭壓力機機身進行計算，并把計算結果與實測結果進行了比較井找山存在誤籌原岡“。李明典等有限元法分析了錘桿在對中平偏心載荷作應力沿錘桿的分布，探討了不同偏心、加速度和材質對錘桿動戍力分布的影響，為錘桿的改進設計提供有川的理論依據”。千俊領通過對軋機機架的有限元分析，找出了危險點的位置，確定了極限安全系數“。千蘇安等針對某廠噸曲柄迮桿式剪機機架使中存在的問題采軟：對剪機機架進行了有限元分析平強度研究，得山

14、了剪機機架的麻力、應變分布，找出了薄弱環竹，井廊刖電阻戍變儀在現場作了多點測試，其理論值和實際測試值吻合較好。井對剪機架提山了改進措施對改進后的機架義進行了有第一章緒論限元分析。實踐證明通過改進的曲柄迮桿式剪機架其性能比以前更好。李陪武等以型艤；摩擦壓力機為例較為全面地分析了中心載荷、扭轉載荷和偏心載荷對機身強度和剛應的影響，提出了允許偏載域的概念及一些解決問題的方法與設計準則“。史寶軍、管延錦鋒對壓力機的強度平恫度進行了研究，并結合機身的結構特點，分別采剛了許多措施使機身的結構更合理【。史寶軍等主要對型開式壓力機機身進行有限元分析霸結構優選，取得了既減輕重量義提高強度、剛度的顯著效果。這說明

15、鍛壓機械的有限元分析己從原來的麻力和變形分析走向結構的靜態優化“。鍛壓機械的動態有限元分析主要是從八十年代開始的，主要集中在開式壓力機和螺旋壓力機，其中文獻是較早的一篇，文章主要對型開式壓力機機身進行有限元剖析，并用法得山機身主截面的動應力年機身動態角變形，均比靜態大左右。到九十年代隨著數值模擬技術的引入，鍛壓機械動態有限元應的“度幣深度不斷增加接著李德軍等以型烈盤胯擦壓力機為對象建立機身有限元模喇并將理論模態分析結果與模態試驗結果進行比較，還模擬計算了冷擊、鍛擊情況卜壓力機的振動響應為序撩壓力機的動態設計提供一定的參考。對閉式組合機身研究的文章有文獻【】，文章利軟件對閉式機身進行了三維有限元

16、分析，并將計算結果與實測值進行比較，同時對機身進行了優化，提出了改進方案。展后還州方法計算了機身的前十階模態，分析了備階模態對設備的影響，義對機身進行了進一步的優化，使機身的動態特性得劍進一步的提高，為高速壓力機的動態設計提供了常有】的資料。綜上分析可知，隨著控制技術的提高，鍛壓機械向著高速度、高精度、高效率和輕越化的方向發展，壓力機機身設計從材料力學的機身危險點應力和機身雖大變形的校核，到有限元法的使幣數值模擬技術的引入對其進行模態分析年慟態響應分析，使機身的設計水平有很人的提高，取得了可喜的成績，但是存在以卜的問題：）對機身靜態研究的比較多，對動態研究的比較少；）對低速設備研究的比較多。對

17、高速設備研究的比較少；）對整體機身研究的比較多，對組合機身研究的比較少；）只注重研究。不注重應朋。特別是如何應有限元法羽數值模擬技術設計機身方面。本課題研究的目的和意義本課題研究的目的近年來由丁我國國【經濟的速發展，各行各業對壓力機的需求越來越多，國內國際市場競爭常激烈。世界許多壓力機生產廠家都把精力集中在開發高速度、高精度的壓力機上，研究的方向不但在機身上，而且己轉移劍幫個壓力機裝配上，在研究的手段上不僅有計算機仿真。而且應了許多有效的實驗模擬裂置。我國壓力機的分析水平還不高，刪以來還停留在材料力學的方法上，這樣就可能導致機身過丁笨重、關鍵部位強度、剛度不足以及不能進行動態特征的計算笛缺陷。

18、隨著電子技術、計算機技術與機床分析設計技術的結合，要求我目入現代設計理念與手段，利州有限元法進行靜態、動態特征的計算，對高速壓力機閉式組合機身作全面的校核。同時對高述壓力機】式組合機身在實際：作情況下的狀態進行仿真分析，實現真止意義上的設計只有這樣才能提高我國機床的產品質量利國際競爭力，推動我國的吣族【：業生產。東南人學顧：學位論文本課題研究的理論意義和工程意義隨著現代業的發展壓力機滑塊行挫次數提高很快對加二件的質黿要求很高，壓力機機身在實際作過程中的動態特性越米越受人關注，如何利用有限元方法仿真壓力機丁作過程的動態響應成為解決問題的關鍵。目前我國已經著手這方面的研究，文獻】和文獻都對開式機身

19、進行了動態響應分析。由丁閉式組合機身結構相對復雜，并存在預應力，更造成了有限元模型建立的凼難。所以目前國內對高速壓力機閉式組合機身的仿真分析，還處于靜態分析階段，對動態分析也只涉獵于模態分析而在實際：作過程中機身的動態特性與靜態分析有很人不同。本文成功的解決了上述難題，并通過實驗證明了模型的可靠性。本文所作的研究填補了國內在高速壓力機式組合機身仿真分析方面的空向，對提高壓力機的打擊次數、動態性能和加：，質顰、延模具壽命都有常重要的指導意義。本課題的主要研究內容課題采川有限元分析軟件和作為分析：具，對高速壓力機的機身進行有限元靜態、動態特性分析，主要內存包括以幾個方面：）通過對壓力機的有限元計算

20、，分析了壓力機機身的靜態特性，即戍力和變形分忻，分析壓力機的乖直剛度找出機身在靜態的薄弱環節。）對壓力機進行了模態分析分析卉有模態壓力機的影響，找山在動態情況下機身的薄弱結構。）機身在空載、打樁：況卜的動態響應計算通過實驗驗證了所建模性的止確性。）研究壓力機在單次與連續打擊條仆下機身的變形與戍力響戍，定量獲得了連續打擊條件下能齬累積導致的應力增加餐。）對機身的沖裁況進行積極隔振，仿真其減振效果。第二章閉止卅掃身的靜態特性分析第二章閉式壓力機機身的靜態特性分析機身簡介機身是曲柄壓力機的一個基本部什，它是壓力機中使川金屬材料最多結構最復雜、制造：作苗最人的部什，：作時要承受全部：作變形力，因此，該

21、部什的設計質譬對擘個剛式壓力機的：作性能有著畢足輕重的影響，對機身一：作中的典型況進行仿真分析從而實現輕量化、展優化設計是機身設計的關鍵。壓力機的機身結構形式可分為兩人類型：即開式機身和閉式機身。前者二面敞開，操作方便，但剛度較著，適丁中小型壓力機：亓者兩側封閉，剛度較好但操作不如開式的方便，適丁人中型壓力機及某些精度要求較高的小型壓力機。開式機身有較人喉深，可沖壓較人零件。開式機身常見類型如圖所示。按機身背部有無開口可分為權梓機身（如璺中）單豐豐機身（如圖中、）。按機身的作臺可否移動分為州定臺（如幽中）幣活動臺（如鳘中）。此外尚分杜形臺、轉動臺等。氧晶島）雙柱町傾機身）幽開式機身類型）單柱州

22、定桿目【身囪）單柱活動機身每卜是劣）翻閉式機身類型）整體式）身臺式閉式機身又分為整體式、組合式，常見類刪如圣所示。璋瞽體式機身（如笙中）加：裝配：作域較少，但需要人型加：設備，運輸也較凼難。組合式機身（如酗中）是由拉東南人學頌學位論文緊螺栓將橫粱、立枉、底座三部分牢同地聯接起來，構成一個完整機身。與紹體機身相比組合機身不僅可使壓力機的承載能力提高而且還具有結構緊湊、剛度人、重苗輕、制造容易等特點，使得組合機身受劍人們越來越多的青睞。本文所分析的型壓力機即屬丁此類范疇，它由底座、左右立柱、上下橫粱、工作臺、滑塊、配重塊和曲軸等主要部件組成其主要技術參數如下：公稱力：公稱力行程：滑塊行程：滑塊行程

23、次數：，次，分鐘雖人袈模高度：裝模高度調量：組合機身的受力分析組合機身的受力分析一般壓力機閉式組合機身是典型的預應力結構，由橫梁、左右立牲平：作臺及底座組成。由丁壓力機在：作時，橫粱、底庫平立柱之間不得產生間隙平錯移，為此必須給拉緊螺栓以預緊力，使機身受壓有一定的頂壓縮茸。而拉緊螺栓相應受拉有一定的伸歐襯。當：作時機身的預壓縮簧減小，螺栓進一步伸。當【作壓力增劍雖人時，則立梓的變形顰雖小。普通的閉式組合機身，由丁橫梁和底庫相對丁立杜和拉緊螺栓的截面尺寸人很多，往往忽略橫粱和立柱的變形，對機身的變形只考慮立柱變形，拉緊螺栓看作是單向拉伸，在彈性范嗣內，拉緊螺栓乖立柱的受力和變形都是線性變形，可以

24、得劍傳統的拉緊螺栓與立柱的載荷變形莖，如幽所示。口么一一一。毛卜；叢焉，幽蝶栓和扛柱的力變形蚓安裝時的預緊力為毋，此時拉緊螺栓伸量為山，立杜壓縮鼙為如機身受劍公稱壓力乓作剛時，拉緊螺栓除承受立柱給它的反作川力（即立柱的殘余預緊力）以外。又多加了一公稱壓力巳所以此時螺栓受力從尸增加到尸（指全部螺栓受力）而立杜受力從減為只（只為殘余預緊力）由芏可知卑乓（）此時相應的變形鼙螺栓從山變為。（即山），立拄從變為。（口毅）。若將：作壓力增至（稱為預緊系數），則立柱的變形鼙變為零，既切。五。一乃五（）第一二市閉止力機機身的靜態特性分析根據虎克定律。器，式中：矗同理元，五只，：生易也把上述請式代入式（）得，一

25、：盟式（）、（）及（）中、一拉緊螺栓和立柱度；、一拉緊螺栓和立梓彈性模量：“、一拉緊螺栓和立柱數目；，、一拉緊螺栓和立牲截面積；、一拉緊螺栓和立桂在單位力作圳下的變形；預緊力施加 （）（）（）（）（）（）（）為防壓力機：作時組合機身的結合面間山現間隙，安裝機身時必須給壓力機一定的預應力。一般采州以兩種方法：（）熱裝法。將拉緊螺栓加熱劍一定溫度，使其伸適當艮度然后擰緊預緊螺母拉緊螺栓冷卻后機身即被預緊。（）液壓裝置冷拉法。利川液壓裝置拉伸拉緊螺栓，然后在螺母卜面墊一定高度的墊片，這樣在液壓卸荷后，同樣達劍預緊機身的日的。本文所分析壓力機機身采用方法預緊。建模方法的選擇在進行有限元分析之前，建立分

26、析對象結構的有限元模型是有限元分析的第一步，模型生成的目的是建立能夠真實反映實際：樣原刑行為特征的數學模型。在、等有限元分析軟，：中建立結構的有限元模型一般有以種方法：直接使川分析軟什提供的建模模塊采白項向或白底向上的方法建模；或者通過這些東南人學顧：學位論義分析軟什提供的接口，把專業軟件生成的二維實體模型轉換為結構有限元模瓔；在專業的前處理軟什中生成結構有限元模型，通過前處理軟什與該分析軟：的接口，把結構的有限元模喇直接導入。軟件雖然本身具有建模及網格劃分功能，但其功能與專業的軟什和前處理軟件下相比相對簡單。對一些簡單實體而言，可以直接建立有限元模型，但對于組合機身這樣復雜的結構，建模時操作

27、十分繁瑣，必須進行人鼙的簡化才能夠進行，且網格的質餐無法預料，模型能否反映實際結構難以保證。由于系統有很強的建模功能，操作更為方便、靈活。設置了與多種軟，：如，等的數據交換接口，通過這個接口，可以模型直接傳入中然亓進行網格劃分（該種方法適于一些復雜的三維實體模型。閃此對丁像壓力機這類問題一般采第三種方法，這里采川軟什建立機身的零、部什和機身的三維實體模型，前處理軟件對機身進行網格劃分及加載，僅將作為求解器。機身實體模型的建立采軟什建立零、部件平機身的三維實體模型。模型是幾何模型，要對它進行動、靜力學模擬仿真計算，必須將其先轉換為模型。目前將專業軟仆生成的三維實體模型轉換為模喇還存在很多問題，許

28、多復雜模型的直接傳遞會產生模型無法生成的問題，因此必須對建立的結構模型進行適當簡化莆修改，其基本原則為：）在造型時力求精確，以真實反映結構的動、靜態特性：）對丁明顯不會影響機身整體強度、剛度的部位，如倒角、倒圓、螺釘孔以及凸臺等予以簡化；）對模型中的小錐度、小曲率曲面進行直線化和平面化處理：）不考慮對機身動、靜態特性影響小的零、部什結構。這些簡化和修改的目的是為了避免小特征幣小結構什在進行有限元劃分時，產生人量的有限元單元，加人計算機的計算時間；并且小特征的會造成網格質齬降，影響結構的分析精度”。根據以上原則建立的壓力機機身模型如莖所示。幽閉式力機機身的模型 第一二章閉雕山機機身的靜態特性分析

29、機身有限元模型的建立該壓力機機身的上橫梁與左，右立柱為鋼板的焊接結構，底座與下橫梁為鑄造結構。為了進行有限元分析，必須對實體模恥進行改造，使之成為許多微小單元和節點的組合，這樣的模型稱為有限元模型，其建立包括定義單元屬性、劃分網格生成單元及添加邊界條什等步驟。單元的選擇實體單元在以往的壓力機機身的分析中，認為機身土要是由板、殼單元組成，在受力上基本是承受拉壓乖彎曲兩種狀態。岡此選有限元中的梁、殼單元來描述機身的結構”。又由機身的底座、下橫梁其籜部分是不等厚的，因此即使選擇同一單元時，也必須改置不同的實常數來定義板崢、梁單元的截面尺寸、轉動慣苗薔參數若設置參數較少必然會對結構作較大的簡化：若參數

30、設置較多，又給網格的劃分增加了計算鮭和復雜樣度。同時，由丁扳、粱等不同單元的點臼由度數是不相同的，依次必須考慮不同類型單元之間迕接時位移的迕續性問題，必須使不同的單元接觸結構的變形協調，為此需人：調整。若人干預太大，會引起單元畸變，岡此，川板、梁等單元建立的有限元計算模恥，必會帶來一定的計算誤差。由有限元理論知圳三維實體單元米描述機身結構，更能反映機身的實際情況。考慮劍機身模犁的復雜性，平衡計算精度幣計算時間的要求，在建立機身平部件的有限元模能時人量使川了實體單元，它是構造機身模刪的主要實體單元。單元可以川丁三維實體的建模為一具有個肖點的單元，通常情況下為六面體，也可以退化為金字塔形和四邊形，

31、是三維卉體力學有限元分析中較為簡單的一種單元，如生所示。該單元每個點沿其坐標方向、共有三個平移自由度，可以州來進行塑性、超彈性、壓力硬化、蠕變形和人變形分析。雖然相對于具有二十個訌點的高階單元其計算精度較低，但是對丁二一些復雜結構系統的有限元建模，由于其劃分單元后節點個數相對較少即朱知白由度數少，因此分析計算效率較高。并且對于同一個結構的多個方案有限元模型進行分析比較，計算結果的絕對誤差并不是問題的主要矛盾，因此為了提高整機分析計算的效率，實體建模采川該六面體單元。曲砷橢一幽的單元帥孥嗲東南人學頌：學位論文螺栓單元拉緊螺栓作為機身的彈性約求對結構的變形和麻力影響很人，在計算中必須予以考慮。提供

32、了專的預緊單元。川丁此類預緊載荷問題的分析”。本文以實體單元對拉緊螺栓和螺母進行離散在實體間插入預緊單元并施加預緊載荷，這樣預緊力可由拉緊螵栓通過預緊螺母準確地施加到機身上。質茸單元對丁壓力機上的其它部件，如曲軸、飛輪、滑塊和電機等均視為集中質量，選取質鼉單元。單元是一個具有六個白由度的點單元，六個自由度為仃點、方向的平移和繞、軸的轉動。在該單元實常數殳定中，可以設定各個坐標方向不同的質量和轉動慣域。在機身有限元建模中分別把電機平傳動系統簡化為兩個單元。接觸單元在閉式壓力機組合機身中存在著若干結合面，在結合面的建模中將接觸表面中的間隙處理為虛擬的接觸單元，這樣兩個物體之間的接觸系統就可以看作一

33、個整體。同時，這種虛擬的接觸單元也能較為準確的反映人面積接觸的特點。在結合面接觸問題中，大多數接觸分為兩種類刪：剛體一柔體的接觸，柔體一柔體的接觸。一般情況，一種軟材料雨一種硬材料接觸時，問題可以鈹假定為剛體一柔體的接觸。而柔體一柔體的接觸，是一種更遍的類型在這種情況下，兩個接觸體都是變形體（有近似的剛度）。對丁：這種情況，可以將域物體接觸面之間的接觸單元相互定義，以保證二者的位移模式相同。通常情況人多數接觸問題可以分為：點一點接觸、點一面接觸、面一面接觸。提供不同的接觸單元米模擬不同的接觸方式。在接觸問題建模時，首先必須認識劍模型中的哪些部分可能會相互接觸。對丁組合機身的接觸問題由丁其模恥的

34、復雜性難以保證其結合面間的仃點一一對戍，故采川采面一面接觸來處理。單元庫提供的接觸單元可以模擬接觸面之間的接觸分開狀態交互變換的單元本文將這種單元應川劍組合機身再部什結合面的建模中。單元的劃分幽閉式組臺機身的自限兀模型單元的劃分應遵循。均勻應力區粗劃，應力梯廢人的區域細劃”的原則具體到機身上 第二章閉胨機機身的靜態特性分析網格細劃的位置是：曲軸安裝孔、軸承、底庫與立棒螺釘聯接處以及地腳螺栓連接等部位：網格粗劃的位苴是：橫粱、立柱前后側扳的絕人部分及其內部的連接筋板等部位。一般來說，單元劃分得越細計算精度就越高但單元劃分存在一條收斂曲線，過細對計算的精度貢獻不大同時造成計算簟的增加。本文在中劃分

35、單元時，采的單元大小為，細劃部位采川的單元人小為經過單元劃分后，晟終得劍機身有限元模弛共有萬單元、個單元、個單元。機身有限元模型如幽所示邊界約束的施加本設備的公稱壓力是，拉緊螺栓的預緊系數為郎四個拉緊螺栓每個的預緊力為分析其應力和變形時，取公稱壓力和拉緊螺拴的預緊力為機身的外載荷。該壓力機在在作時承受兩個方向的載荷，一個是作住士軸安裝孔上，即軸承位置，方向向上：另一個是作川在：作臺上，方向向。兩者人小相等，方向相反。主軸作川位置的作用力和：作臺上的載荷分別以點載荷和均布載荷的形式作【丁機身上。豫州式壓力機的底庳通過地腳螺釘與基礎相連，同時安裝時姆戶還要設置防毆施，故將地腳螺釘處的侈點使川個白由

36、度全部位移予以約束，同時將底座處的向加以約束這樣既符合實際的：作情況，還滿足了約求的原則。材料特性的施加機身各個部件的材料是不一樣的，上橫梁和左右立梓為鋼板焊接件在一：作時其變形是彈性變形，井忽略了焊縫處材料特性的不同幣焊接缺陷，認為所有單元部具有相同的材料特性；底座、橫粱的材料是鑄鐵，工作臺和：作臺底板的材料是，拉緊螺母、拉桿的材料是鋼。這兒種材科的彈性模量以及泊松比部不一樣，其材科特性如下：鑄鐵彈性模聳：泊松比：卸密度：焊接鋼彈性模草：泊松比：密度：鋼彈性模量：泊松比：密度：彈性模苗：朗泊松比：密度：一（“）（）（。）（）（。）（）（）（）東南人學顧：學位論文預緊狀態計算結果分析預緊狀態下

37、，閉式組合機身承受預緊載荷產生一定的預緊變形和府力，經過在計算機上的運算，得山機身的方向的位移分布方向的位移分布，方向的位移分布，等效總位移分布，第一主應力分布等。 蹦學【身的向位移分布幽機身的向位移分布 幽機身的位移分布幽掃【身的第一土心力分布變形場分析閉式壓力機受拉緊螺栓作州時其上橫粱、立柱及下橫梁等部位產生的變形將改變裝模高度和使滑塊的運動產生傾斜，這些變形的存在，將影響：什加：精度、模貝壽命和加速滑塊導軌部位的磨損。幽和分別表示上橫粱平下橫梁方向何移分布璺，鳘和分別表示立牲的向和向協移分布。如壟所示，上橫粱受力變形后，曲軸中間支撐軸承部何頂點向的位，曲軸左毛支撐軸承部位頂點能移，預緊時

38、曲軸產生彎曲變形。上橫梁上頂蓋處竹點、和位移分別為、和。拉桿墊處變形最大，為。橫梁向變形如生所示點的佗移分別為平口，則由剪力所引起的橫梁中央最人撓度為，其容許撓度第二帝閉力機機身的靜態特忡分析上：業：歷所（）。列，撓度滿足，剛度足夠。立柱向變形如幽所示，立柱受壓縮變形位移為。向變形如圣一所示，立柱內側（導軌所在一側）壁厚為，外側墅厚為，故受壓后方向發生彎曲變形內側扳上點、方向位移分別為、莆。 幽：橫粱向位移分布幽柱向位移分布應力場分析幽以柱等效心力分布幽下橫梁向位移分布幽征柱向位移分布凹：橫梁等效應力分布東南人學碩：學位論文立梓和上橫梁等設應力分別如圖所示。機身結構的第一主應力（按第一強度理論

39、計算）云鳘如幽所示。由釜所示，上橫梁高應力區土要山現在拉桿墊和外側扳部位，拉桿墊處出現機身第一主應力的最人值其值為，小于其屈服極限（）。外側扳展人廊力為，后板最人應力奠，。立枉最人應力為，外側扳最人蝴。下橫梁上的等效應力最大為為，小于其強度極限（）。接觸壓力分析預緊狀態，閉式組合機身承受預緊載荷產生一定的頂緊變形平幢力，由分析知，若組合機身中的接觸面產生間隙，則首先山現在立柱與橫梁接觸面。立柱與橫梁的接觸壓力人小可直接由接觸單元的接觸壓力得劍。立柱與上橫梁接觸面壓力分布如蘭和表所示。由表可以看出，預緊力分布是不均勻的，不同肖點上的預緊力數值相著很大。這是由丁機身是彈性體在力的作川要發生彈性變形

40、，橫梁雨底座在拉緊螺栓孔附近的局部變形是不均勻的使得預緊螺母與橫粱、底座的接觸不再是簡單的平面接觸，從而導致了預緊系統在橫梁與底座上的預緊力分布的不均勻性，同時預緊力分布的不均勻性又進一步加劇了局部變形的差異，這二者之間是相且影響的【。由幽所示，般側立柱與橫梁接觸面上的接觸壓力分布規律及數值基本一致，且左、右立柱對稱。接觸面上的壓力分布不均勻，立桂內側（導軌所在一側）壓力高與外側壓力內外側的壓力分布節現山由外向內升高的趨勢并且在內側兩端存在應力集中，前亓側節現山中問小、前側人的趨勢。 幽、）柱橫粱接觸面妾觸雕力分布表預緊狀態下接觸壓力一單位：仃點序號接觸壓力，點序號接觸壓力。盯點序號接觸壓力訌

41、點序號接觸壓力，中心載荷狀態計算結果分析中心載荷狀態，機身除承受拉緊螺栓預緊力作外，還承受公稱壓力。作拉緊螺栓受力增人，立柱承受壓力減小。機身的方向的位移分布、方向的位移分布、方向的第一二章閉式壓力機機身的酊志特性分析位移分布、等效總位移分布自第一主應力分布分別如圖、所示。 幽目身的向位移分布剴機身的向位移分布 幽帆身的位移分布變形場分析幽機身的第一土心山分布中心載荷狀態上、橫梁、底庠和拉桿的變形相對預緊狀態變化較大，而立桂的變形相對減小幽希分別表示上橫粱和橫粱方向位移分布幽幽希分別表示立桂的向和向位移分布。如璽所示上橫粱受力變形增人，曲軸中間支撐軸承部位項點向的位移相對預緊狀態增人，曲軸左右

42、支撐軸承部位頂點位移增人曲軸彎曲變形加劇。上橫梁上頂蓋處點、帚位移分別為、年。拉桿墊處變形相對減小，為。橫梁向變形如鳘所示，點汞的位移分別為和，則由剪力所引起的橫梁中央晟人撓度為，小于其容許撓度羽，撓度滿足，剛度足夠。立柱向變形如【芏所示，立杜受壓縮變形位移為。向變形如幽所示，立柱內側（導軌所在一側）彎曲變形褫小內側扳上點、希方向位移分別為、年。東南人學顧上學位論文 幽：橫粱向位移分布蘭證柱向位移分布應力場分析幽下粱向位移分布幽柱向位移分布 鬈主等效應力分布圖：攢梁等效避分布立枉和上橫梁等效應力分別如幽和所示。由酗所示與預緊狀態相比，上橫梁最人席力沒有太多變化，拉桿墊處仍山現機身第一土應力的最

43、人值其值為，小丁其屈服極限。外側扳最人等效應力為后扳最人的等效應力為。立杜承受的壓力減小其麻力變化較大，立牲晟人應力降為，只為預緊狀態第二章閉式力身的靜態特性分析的左右，外側板最人戍力為沒有太人變化。下橫粱最人的等效應力為變化不人。接觸壓力分析中心載荷作機身的各接觸面上的樂力分布仍然對稱，立柱與上橫梁接觸面壓力分布如幽和表所示。由璺所示，壓力分布節現山。中間小，四周大，內側高，外側低”的趨勢。但壓力數值與預緊狀態相比有所降低，壓力分布更加平穩。立柱內側扳與橫桀接觸面上壓力降低幅值展人，降低了左右雖然立柱后側板與橫梁接觸面中間部位的樂力數值最小，但此處的降低比例最人，降低劍為預緊狀態的說明立柱內側扳亓側扳接觸面上的殘余預緊力發生了較人幅度的變化，若接觸面出現間，則首先山現住后側扳與橫梁接觸面上。幽立柱與黃梁接觸面接觸壓力分布表顧緊狀態下接觸壓力單位：單元序號接觸壓力