大型模锻液压机组合垫板有限元分析

1、机械设计与制造一70一Machinery Design&Manufacture第2期2008年2月文章编号:100l一3997(200802-00r7咖2大型模锻液压机组合垫板有限元分析彭伟波黄明辉(中南大学机电工程学院,长沙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】通过jF线性有限元软件rmrc建立了大型模锻液压机组合垫板结构的三维有限元模型。通过对比分析的方法,研究了在不同厚度、横向偏我和中载和不同的螺栓预紧力下垫板的应力和变形规律。发现这种组合结构中在垫板边缘部分对模压力的分配没有贡献。螺栓在垫板弯曲变形的情况下有滑动趋势。针对这种缺陷给出了相应修改建议,对于指导组合垫板结构设计具有参考意义。关键词:组合垫板;液压机;螺栓;有限元【Abstract】A tree扰,聊m面几n妇e如,耽眦,加如z出D以k口乇,l弘f蒯记n掷sse,柚J!ed60厶把r pZ抛s nr它6M胁矗roz醇,c咒

3、s驴埘倒.e讥t括p叩eL77圮s,.ess cmd c台几硼t幻n矿f船60厶把r pZc蹴s u凡一如r d够吝阳m三D甜锄d伊o,聊t吖dime船幻乃凸re帆加ed6珊ed o凡觎t如砘ses.括如,以,矧6Db把r p勉esec幻n,圮he ed筘而脚e,lo com矗6m沥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如几&l,le s“昭f如n nre g面en面,ned越矾ese d毫居c拈,仍se舶如d60b把rpfmes如sig他co厅,咖r_e,lce t7如赢ds埘eZ正Keywords:A鼬mbled blste

4、r plat鼯;Hydraulic pr鹤s.Bolts;Fillite ekment method 中图分类号:THl22文献标识码:A大型液压机的垫板组合结构是液压机中的重要承载部件,它主要功能是将模具上的载荷均匀分布到横梁上,从而改善整个压力机的受载状况。合理的设计垫板结构是大型压力机的设计的难点,它将直接影响压力机的寿命和锻件成型的质量。由于加工能力范围大,加工制造困难,因此垫板多采用分层分块螺栓销钉等多约束的预紧组合结构。传统的垫板设计计算方法多采用弹性锥平衡解题法【lJ,由于未考虑垫板弯曲和垫板间摩擦和各种约束得影响,因此计算误差较大。有限元技术的发展为垫板的设计研究但来了方便。但

5、是如何在有限元仿真中相对准确的模拟这种多约束组合垫板结构是一个难点。文献口将垫板假设为平面应变分析,得到了组合垫板的应力、变形的曲线,文献嘴采用三维有限元分析,得出了得到垫板厚度和垫板层数的不同的组合规律。由于约束的影响,在垫板的受载过程中直接影响着垫板的应力的分布和变形情况。针对大型压力机种这种多约束的1图l垫板组合结构简化图1.第四层垫板2.T型螺栓33.第三层垫板4.T型螺栓2组合垫板的结构的相似性,以300MN的大型水压机上垫板组合结构(图1为研究对象,采用非线性有限元软件Marc,通过建立简化的螺栓预紧垫板结构,探讨在预应力组合垫板在巨大载的应力和变形存在的规律。.1螺栓约束的数学模

6、型在有限元理论中,为保证不同类型单元间的边界协调性常采用多点约束方程处理。螺栓类预应力类模型同样也采用多点约束方程睐描述。对于螺栓预应力的基本思想是将被模拟的螺栓杆有限单元模型分割成两部分。其实质就是沿着指定的路径将分界面的单元节点复制一份。通过一组位移和力约束方程分界面上的节点建立约束方程,通过在分界面上的节点或通过一个外部控制节点强迫位移或施加力模拟螺栓的预紧力。通用的商业有限元软件有固化的模块。在m脚中主要适用Overclosure Tying描述约束方程。如图(2所示。引人约束方程5.第二层垫板top partJ ,l-LB-ul h啦bl。Il卜,1.1一一ul_U乞姊,1.-1r1

7、E_bottompart来稿日期:2007_04-19基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划资助项目(2005cB724102图2多点约束示意图fo第2期彭伟波等:大型模锻液压机组合垫板有限元分析一71一1.64=Ul,甲+“I.肿l2.h2._+屹,m引入向量和约束矩阵(1和趋势。(2 “=【uI.k l2.妇I,峰,坤r (3五=【五哳五2。五。】r(4,o ,o1r弛fo,o,I(5【,o oJ其中,和O分别为单位矩阵和空(零矩阵,式(1和(2简化为矩阵方程l=死(7F=【F。.印,:.印,刊】r(8则Fk,%(9 将方程(6代入方程(9得出多点约束力矩阵方程r牝F(10通过在控

8、制节点上施加强迫位移就可以获得所需的预紧力。2组合垫板结构的三维有限元模型建立影响垫板力学行为的主要因素包括模压面积的大小、垫板的厚度高度和各种约束以及载荷的偏移等等。针对大型压力机组合垫板结构的特点对有限元模型做一下处理:(1根据垫板结构以及载荷特点取垫板的一半做研究分析。(2考虑到上横梁的刚度比垫板组的刚度要大得多,将上横梁简化为刚性体。(3模压力按均布载荷分布在模座和底层垫板的接触面上。(4垫板之间的摩擦采用双线性库仑摩擦类型。(5材料的本构方程引用修正的johnn-c00k模型并简化为庐496“34占。橱(11材料的基本参数如表1所示。(6通过多点约束方程模拟螺栓预紧力。为了分析不同空

9、间结构和载荷状况下垫板组的力学行为,通过以下的工况分析垫板在不同厚度和载荷条件下的应力和变形情况。前三个工况接模压面积1560×635计算,第四个工况按模压面积4350x900计算。工况1:通过改变底层垫板的厚度(500咖、600mm、700n埘分析层数相等组合垫板在不同高度时中载的应力和变形分布情况图3中载应力和变形图(1560×635囹4横偏应力和变形图(1560×635O2柏OO 81012柏016001020222O24e8101214伸00182000220D24亿rI-工况2:垫板在不同高度的横偏200mm时应力和变形分布情况分析层数相等组合垫板在不同

10、高度时偏载时的应力和变形分布情况表1基本参数工况3:等厚垫板在不同螺栓预紧力下的变形和应力情况工况4:通过改变模压面积的大小分析模压力的分布范围EJ哪图5垫板间Y向接触应力曲线(1560×6353仿真结果分析(1在矩形模座情况下,接触应力分布不是按照弹性锥理论的分布,传播规律与截断的抛物曲面相似。(2随着垫板的厚度增加垫板的接触应力呈减少趋势,并且接触应力的梯度变化随着厚度的增加趋于缓和,垫板的变形也随着垫板的厚度增加减小。(3不同的模压面积下模压力的分布范围有限,在垫板纵向机械设计与制造一72一Machinery Design&Manufacture第2期2008年2月文章

11、编号:100l一3997(2008020072埘基于神经网络和遗传算法的脱粒装置参数优化呋王显仁李耀明徐立章(江苏大学江苏省现代农业装备与技术重点试验室,镇江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】在自制脱粒试验装置上,以来脱净率和谷粒损伤率为目标,进行了脱粒试验。通过MATu心

12、神经网络工具箱,建立了优化设计的数学模型。针对传统的优化方法存在.求解过程复杂、寻优过程易陷入局部最优解的问题,应用MATu咀遗传算法工具箱对该模型进行了优化,求得了该脱粒试验装置脱粒元件线速度和脱粒间隙的最佳组合。提出了一条解决脱粒装置性能优化问题的新方法。同时,MATu旧神经网络和遗传算法工具箱的应用解决了其它高级语言繁重的编程任务。关键词:农业装备;脱粒性能;优化;人工神经网络;遗传算法【Abstract】0n o sep:也5咖d钯st egM咖,nen卯谗e等Pernem旷rezm幻璐p6et1eerIhres7记r3tIe如ci一庇s,co,lc倒e c如讲圮e口nd,l旭s危i,

13、酱pe咖rm配e蠡co,以招d扣r p口d砂,如B刀诂,m以Jk,lm如以矿fk 死,esi昭pe咖r玎瑚ce厶6“协埘讹酬啦以础以础姗以6仍ed Dn e印e矗胧胁.7咖6e叩imum印胁加厶06觚鹏d6y胞坳ge聊斑咖廊m幻D舾雠A,le埘脱tbd向印ti眦垤矿杌s垤pe咖肌僦e括咖一P几&si如南k p硇卵硼吼i,酱伽吨埘谢妇e,6,峪i昭tk肘ml曲口n耖论谢聊urnz聊劬D以幻of6舛蒯gewt一记n2舯m幻Dz60戈扣r optim拓i粥矿陀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中图分类号:m6,0224文献标识码:A脱粒装置是联合收割机的核心部件之一,脱粒质量直接影响到联合收割机的整机性能。对脱粒装置的要求是脱粒干净;谷来稿日期:2007-04-16国家自然科学基金资助项目(项目编号:50475123新设计装配的垫板应多次的试压多次拧紧。 (5对比工况1和2在偏载作用下垫板的因为载荷的不对称表现出变形的不对称。载荷的偏置侧的变形与非偏置相比变形要大,载荷的中心也发生相对的偏移。在中载时垫板边缘未出现分开缝的地方,偏载时出现了开缝。(6在以上所有工况分析中发现螺栓存

15、在向外滑动的趋势,但是在弯曲交变得载荷作用下螺栓容易出现疲劳松弛。4结论通过分析中发现传统的组合垫板结构设计中,存在着设计不合理的地方,体现在螺栓的布局不合理,垫板的体机和质量过大材料的利用率较低。仿真结果对组合垫板设计具有一定的指图6中载应力变形图(4350x900导意义。离模座一定的范围垫板对模压力的分配贡献不大。在垫板设计参考文献(4在工况3中,不同的预紧力作用垫板的变形不一致,预2张立华.300MN水压机垫板组力学行为研究机械强度40(弛2(2:兰之至拿竺竺苎三导警兰篓妾翌妻銎尘竺耋譬:,.誉奎票篓垄!,篆蕃盖压机模具与支承部件的三维接触分析锻压技术,:。:(2:助于减小离缝现象。过大的预紧载荷导致螺栓的周围出现局部。二=“:歹。一一一一的变形过大出现螺栓周围的局部离缝。原因主要是垫板的螺栓变形.在垫板的设计中应设法增大垫板和螺栓之间的相对刚度,5胡昌明等.45号钢动态力学性能研究爆炸与冲击娜3丑(2:18和l_92 大型模锻液压机组合垫板有限元分析作者:彭伟波, 黄明辉, PENG Wei-bo, HUANG Ming-hui作者单位:中南大学机电工程学院,长沙,410083刊名: 机械设计与制造英文刊名:MACHINERY