MT200壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計論文

揚州大學廣陵學院 本科生畢業(yè)設計 畢業(yè)設計題目 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 學 生 姓 名 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 指 導 教 師 完 成 日 期 2014 年 6 月 2 日 II 中文摘要 近年來制造業(yè)成為國家大力支持和發(fā)展的行業(yè)，機床工業(yè)是制造業(yè)的基礎與關鍵。然而， 有限元分析技術(shù)的應用，對于縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，增強企業(yè)競爭力具有重要意義。本文以閉式壓力機機身為研究對象，利用有限元分析軟件 ANSYS 作為分析工具，進行有限元靜態(tài)、模態(tài)分析，并根據(jù)分析結(jié)果進行機身結(jié)構(gòu)改進設計研究。本文對閉式壓力機機身結(jié)構(gòu)進行受力分析，采用均布載荷的方法對機身進行加載，將地腳螺栓加以全約束，然后進行計算處理，對機身的變形大小和應力分布進行分析，從而定量確定機身的薄弱環(huán)節(jié)，并用有限元方法計算了機身的角變形。 由于各項參數(shù)都有富余，所以根據(jù)分析結(jié)果， 提出三種改進方案以減少機身材料。 運用 ANSYS Workbench 進行模態(tài)分析，分析其固有頻率以及對應的振型。了解該壓力機的模態(tài)特征和動態(tài)特征 ，為結(jié)構(gòu)的設計和改進提供了理論依據(jù)。最后對論文的研究內(nèi)容進行了總結(jié)和展望。 關鍵詞 ： 閉式壓力機， 有限元 ，靜態(tài)分析 ， 改進設計，模態(tài)分析 III Abstract In recent years, our country has been fully supporting and developing the manufacturing industry, whose foundation and key lies in the machine tool industry. However, the application of finite element analysis is significant in shortening the period of production development, increasing the quality of production, reducing the cost of manufacture and improving the enterprise competitive ability. Static and modal this present dissertation using finite element analysis software ANSYS, and some improvement designs of press frame structure have been recommended based on the results of analysis. This paper analyses the stress put on the frame of closed press, loading on the frame of closed press using uniform load, keeping the anchor bolts to all DOF and then calculating the result. The weakness of the frame is found by analyzing the distribution of stress and deformation. Angular deformation is calculated by FEM. Because all parameters meet the requirements, this paper puts forward three other methods to save material. Modal analysis using ANSYS Workbench is to resolve its inherent frequency and corresponding mode shapes. It can help to understand the modal characteristics and dynamic characteristics of the structure. It also provides a theoretical basis and foundation foe design and improvement of the structure. Finally the papers research contents are summarized and discussed. Key words: closed press, finite element method, static analysis, improvement designs, modal analysis IV 目 錄 中文 摘要 . III Abstract. IV 第一 章 緒論 .1 1.1 引言 . 1 1.2 壓力機的國內(nèi)外發(fā)展狀況 . 1 1.3 課題 研究背景和 來源 . 2 1.4 課題研究內(nèi)容 . 2 第二章 研究方法及研究工具介紹 .4 2.1 有限元法 . 4 2.1.1 有限元研究方法 . 4 2.1.2 有限元的基本思想 . 4 2.1.3 有限元的優(yōu)點 . 5 2.1.4 有限元應用 的種類 . 5 2.1.5 有限元軟件的分析步驟 . 6 2.2 三維實體建模軟件 Solidworks 簡介 . 6 2.3 ANSYS 模態(tài)功能介紹 . 6 2.4 有限元分析軟件 ANSYS Workbench 簡介 . 7 第三章 壓力機機身的靜態(tài)分析 .8 3.1 機身簡介 . 8 3.2 機身有限元分析 . 9 3.2.1 制定方案 . 9 3.3 有限元模型的建立 . 9 3.3.1 單元類型的選擇 . 10 3.3.2 單元網(wǎng)格的劃分 . 10 3.3.3 邊界條件的施加 .11 V 3.3.4 邊界約束條件 .11 3.3.5 材料特性的施加 . 12 3.4 計算結(jié)果分析 . 12 3.4.1 機身的應力應變要求 . 12 3.4.2 應力圖形顯示 . 13 3.4.3 整體變形圖 . 14 3.4.4 局部變形圖 . 17 3.4.5 X， Y， Z方向最大變形量的對比 . 18 3.4.6 機身角變形與角剛度計算 . 18 第四章 機身結(jié)構(gòu)的改進設計 . 21 4.1 優(yōu)化方案一 . 21 4.1.1 應力圖顯示 . 21 4.1.2 整體變形圖顯示 . 22 4.1.3 喉口變 形圖顯示 . 24 4.1.4 X， Y， Z方向最大變形量的對比 . 26 4.1.5 角變形與角剛度 . 26 4.2 優(yōu)化方案二 . 27 4.2.1 應力圖顯示 . 27 4.2.2 整體變形圖 . 28 4.2.3 喉口變形圖 . 29 4.2.4 X， Y， Z方向最大變形量的對比 . 31 4.2.5 角變形與角剛度 . 31 4.3 優(yōu)化方案三 . 32 4.3.1 應力圖顯示 . 32 4.3.2 整體變形圖顯示 . 33 4.3.3 喉口變形圖顯示 . 34 4.3.4 X， Y， Z方向最大變形量的對比 . 36 4.3.5 角變形與角剛度 . 36 VI 4.4 選擇最佳優(yōu)化方案 . 37 第五章 機身的模態(tài)分析 . 38 5.1 模態(tài)分析概念 . 38 5.2 模態(tài)分析的原理 . 38 5.3 改進機身的自由模態(tài)分析 . 39 5.4 無約束模態(tài)下的振型描述 . 44 第六章 總結(jié)與展望 . 51 6.1 總結(jié) . 51 6.2 展望 . 51 致 謝 . 52 參考文獻 . 53 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 1 第一章 緒論 1.1引言 近年來，國家大力發(fā)展制造工業(yè)，尤其對 “極大 ”與 “極小 ”制造給予更多的關注和支持。制造業(yè)水平的高低 決定 了一個國 家的科技實力。 60 年代， 伴隨 震動試驗技術(shù)的發(fā)展，以及頻率特性分析儀和機械阻抗測試儀的問世，使結(jié)構(gòu)頻率響應函數(shù)測試成為可能； 70年代發(fā)展起來的快速傅立葉變換技術(shù)（ FFT）及有限元分析技術(shù)，實現(xiàn)了機械結(jié)構(gòu)的理論建模和實驗建模； 80 年代末，機械機構(gòu)的動態(tài)設計得到了發(fā)展。目前機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設計研究的重點，是將作為動態(tài)分析重要手段的試驗模態(tài)分析技術(shù)（ EMA）和有限元分析方法（ FEA）同迅速發(fā)展的計算機輔助設計技術(shù)有機結(jié)合起來，以進一步發(fā)展和完善機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設計技術(shù)。在此基礎上，對機械結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計 和完善 。 現(xiàn)代工業(yè)的 高速發(fā)展，產(chǎn)品的功能越來越強大、結(jié)構(gòu)越來越復雜，新產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期不斷縮短，設計分析在產(chǎn)品的整個生命周期中占據(jù)極其重要的位置。在研發(fā)過程中， CAE 軟件 ANSYS 技術(shù)的使用，縮短了從設計到生產(chǎn)的周期，極大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，使設計人員能在產(chǎn)品設計階段分析產(chǎn)品的靜、動態(tài)特性，模擬產(chǎn)品在未來工作環(huán)境的工作狀態(tài)和運行行為，在設計階段發(fā)現(xiàn)設計中的缺陷、并對其修改并證實未來工程、產(chǎn)品性能的可行性和可靠性，但是它的建模功能有待增強。 壓力機由于其性價比好、作業(yè)便捷 、且 用途廣泛而 深受 歡迎，市場需求量越來越大。與此同時，產(chǎn)品 市場競爭也異常激烈。伴隨著大噸位壓力機的發(fā)展，壓力機零部件的安全性顯得尤其 的 重要。而有限元分析強大的數(shù)值計算功能可以輕而易舉地 分析 解決用傳統(tǒng)的方法無法解決的復雜結(jié)構(gòu)受力情況下的問題，利用它解算復雜的計算問題能簡化設計過程、加快設計進度，并且有限元模型能很好地虛擬現(xiàn)實工況，故分析結(jié)果準確。為此，提出了關于本課題的研究 對 MT200 精整壓力機進行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。 1.2壓力機的國內(nèi)外發(fā)展狀況 隨著機電一體化和數(shù)控技術(shù)的飛速進步，伺服驅(qū)動系統(tǒng)在制造業(yè)中得到了廣泛應用。但是與金屬切削機床相比，鍛壓機械的伺 服化、數(shù)字化的開發(fā)落后了數(shù)十年 21。上世紀90 年代，在日、歐洲等工業(yè)發(fā)達國家興起了交流伺服機直接驅(qū)動壓力機的研究和開發(fā)，這種伺服壓力機與傳統(tǒng)機械壓力機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、滑塊運動柔性好、降噪節(jié)能顯著等優(yōu)點。這類壓力機在日本進入普及期，隨著其在汽車零秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 2 件、電子零件等高精度、難成行加工領域中的應用和其優(yōu)良的節(jié)能性么，已經(jīng)顯示了其他壓力機所無可比擬的優(yōu)越性，成為世界沖壓技及裝備發(fā)展的主要潮流之一 1。 日本在伺服壓力機的研究、生產(chǎn)及商品化等方面處于國際領先水平，掌握了伺服壓力機的設計和 制造技術(shù)。日本 komstsu 公司在伺服壓力機的研發(fā)上目前已經(jīng)出現(xiàn)了三代不同的產(chǎn)品，第一代是 1998 年發(fā)明的 HCP3000，第二代是 2001 年問世的 H2F、 H4F，第三代是 2002 年 H1F 系列 2。 2005 年日本網(wǎng)野公司開發(fā)出世界上最大的大型伺服壓力機，目前公司根據(jù)各種生產(chǎn)需求，研發(fā)出了機械連桿伺服壓力機、曲柄多連桿伺服壓力機、液壓式伺服壓力機等多種類型的伺服壓力機 3。 2007 年德國 SCHULER 公司推出了2500-3600KN 系列產(chǎn)品。 2010 年舒勒推出了新一代伺服驅(qū)動機械壓力機。 自上世紀八十年代以 來，我國的一些企業(yè)先后引進了日本小松制作所得機械壓力機、德國埃爾福特公司的機械多連桿壓力機、德國舒勒公司的告訴精密壓力機等多種壓力機產(chǎn)品技術(shù)，是我國沖壓裝備在結(jié)構(gòu)、精度、技術(shù)性能方面有很大提高 24。 2007 年 10 月濟南二機床研制出我國第一臺大型伺服壓力機。臺灣金豐企業(yè)開發(fā)了 CM1 型伺服壓力機。 2007 年廣州鍛壓機床廠和華南理工大學聯(lián)合設計制造的 CDKS 系類肘桿伺服壓力機。齊二機床近年先后引進了瑞典 APT 研配試沖液壓機技術(shù)，與上海交通大學合作成功研制了伺服壓力機技術(shù)。 2008 年兩者又采用沉余容錯技術(shù)聯(lián)合開 發(fā)成功了 2000KN 對稱肘桿伺服壓力機，打破了國外大型伺服電機對中國市場的壟斷，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟價值。 隨著我國制造業(yè)的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)能生產(chǎn)出最大下壓能力為 50000KN 的單動壓力機和最大下壓能力為 20000KN 的雙動壓力機以及最大下壓能力為 20000KN 的多連桿單動壓力機 22。雖然近幾年國內(nèi)伺服壓力機已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但在有些關鍵技術(shù)上和國外還是有很大的差距。為了提高了我國大型伺服壓力機的研發(fā)水平，必須走自主創(chuàng)新之路，開著具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的、符合中國發(fā)展條件的大型伺服壓力機研制工作。 1.3課題研究背景和來源 鍛壓機械是指在鍛壓加工中用于成形和分離的機械設備。鍛壓機械包括成形用的鍛錘、機械壓力機、液壓機、螺旋壓力機和平鍛機，以及開卷機、矯正機、剪切機、鍛造操作機等輔助機械。鍛壓設備廣泛應用于汽車、航空、電子、家電等工業(yè)領域。其中，作為衡量一個國家工業(yè)水平的標志之一的汽車工業(yè)，被當今世界主要工業(yè)發(fā)達國家和新興工業(yè)國家列為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展主導了鍛壓技術(shù)及設備的發(fā)展，鍛壓技術(shù)的發(fā)展和進步基本圍繞汽車工業(yè)的發(fā)展而進行。激烈的市場競爭促使汽車更新?lián)Q代的速度秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 3 明顯加快，產(chǎn)品的市場壽命周期進一步縮短； 與此同時，汽車變型品種日益增多，現(xiàn)代汽車工業(yè)生產(chǎn)日益呈現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)?；④囆蛡€性化，車型批量小、車型變化快、多車型共線生產(chǎn)、車身覆蓋件大型化一體化的特征。傳統(tǒng)的加工單一品種的剛性生產(chǎn)線顯然已不適應這種特征和市場形勢發(fā)展的要求，其升級換代產(chǎn)品具有高柔性和高效率的自動化鍛壓設備，成為世界沖壓技術(shù)及裝備發(fā)展的主要潮流。 本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司。 MT200 型壓力機是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運用有限元分析技術(shù)對 MT200 型壓力機進行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機 產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學計算分析的依據(jù)，增強其產(chǎn)品在市場的競爭力。 1.4課題研究內(nèi)容 要求運用有限元分析軟件 ANSYS 對 MT200 型 壓力機 進行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計 10。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機機身部件的強度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計 來 達到降低生產(chǎn)成本 的目的 ，提高經(jīng)濟效益。模態(tài)分析可以求出機身振動的固有頻率以及相應的振型，分析各種振型對液壓機工作狀態(tài)的影響 壓力 機的設計提供了理論和現(xiàn)實依據(jù)。主要任務內(nèi)容有： (1)對 MT200 型 壓力機機身 進行 三維實體建模； (2)了解 MT200 型 壓力機 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；分析 它的 工作載荷，確定邊界條件及加載方案； (3)劃分網(wǎng)格，進行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機身的應力和 變形 分布規(guī)律， 評價載荷對壓力機工作性能的影響； (4)對 機身 模型進行自由模態(tài)分析，求解 機身 固有頻率以及相應振型 的 等動態(tài)參數(shù)，分析其對工作狀況的影響； (5)根據(jù)分析 的 結(jié)果，在應力集中危險區(qū)域采取措施 來 改善應力狀況；在低應力區(qū)域，改變相關尺寸 的 變量，以達到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進行有限元分析，檢驗改變尺寸后的 強 度和 剛 度。重復進行以上步驟，直 到獲取最佳 的 方案。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 4 第二章 研究方法及研究工具介紹 2.1 有限元法 2.1.1 有限元研究方法 有限元法是根據(jù)變分原理求解數(shù)學、物理學問題的一種數(shù)值方法，是當前各行業(yè)通用的重要的計算方法 23。它是 20 世紀 50 年代末 60 年代初興起的 現(xiàn)代力學 、 應用數(shù)學 及計算機科學相互滲透、綜合利用的邊緣科學。有限元發(fā)展至今，已由二維問題擴展到三維問題、板殼問題，由靜力學 的 問題擴展到動力學 的 問題、穩(wěn)定性問題，由結(jié)構(gòu)力學擴展到流體力學、電磁學、傳熱學等學科，由線性問題擴展到非線性問題，由彈性材料擴展到彈塑性。塑性、黏塑性 和復合材料，從航空技術(shù)領域擴展到土木建筑、航天、機械制造、造船、水利工程、電子技術(shù)及原子能等。由單一物理場的求解擴展到多物理場的耦合，其應用的深度和廣度都得到了極大地拓展 4。 有限元方法是目前解決科學和工程問題最有效的 一種 數(shù)值方法。有限元法具有極大地 靈活性 和 通用性 ；對同一種問題的有限元法，可以編制出通用的程序，應用計算機進行計算；只要適當加密單元的網(wǎng)格，就可以達到工程要求的精度；有限元法采用矩陣形式的表達，便于編程序，可以充分利用高速電子計算機所提供的方便 5。但是在求解一些特殊問題，特別是間斷問題時 ，有限元方法存在著某些固有的缺陷。針對有限元方法的不足， 1999 年，美國西北大學的 Belytschko 研究組提出 了 一種用于處理間斷問題的修正的有限元方法 -擴展有限元法，并增加了對不連續(xù)邊界的描述 6。 2.1.2 有限元的基本思想 有限元法的基本思想是先將研究對象的連續(xù)求解區(qū)域離散為一組有限個且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進行組合 ， 且單元本身又可以有不同形狀 ， 因此可以模擬成不同幾何形狀的求解小區(qū)域 ； 然后對單元 ( 小區(qū)域 ) 進行力學分析 ， 最后再整體分析。這種化整為零 ， 集 零為整的方法就是有限元的基本思路 5。 有限元法的解題步驟： （ 1）劃分單元網(wǎng)格 ， 并按照一定的規(guī)律對單元和結(jié)點編號。根據(jù)求解區(qū)域的形狀及實際問題的物理特點 ， 將區(qū)域剖分為若干相互連接、不重疊的單元。區(qū)域單元劃分是采用有限元方法的前期準備工作 ， 這部分的工作量比較大 ， 除了對計算單元和節(jié)點進行編秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 5 號并確定相互之間的關系之外 ， 還要表示節(jié)點的位置坐標 ， 同時還需要列出自然邊界和本質(zhì)邊界的節(jié)點序號及相應的邊界值。 （ 2）選定直角坐標系 ， 按程序要求填寫和輸入有關信息。 （ 3）使用已經(jīng)編好的程序進行上機計算。計算程序中對輸入的 各種信息進行加工、運算。 （ 4）對計算成果進行整理、分析 ， 用表格或圖線示出所需的位移及應力。在劃分單元時 ， 單元的大小 (即網(wǎng)格的疏密 )要根據(jù)精度要求和計算機的速度及容量來確定。單元分得越小 ， 計算結(jié)果越精確。所以 ， 有限元法的核心是網(wǎng)格剖分與邊界條件的確定 ， 然后是選用現(xiàn)代數(shù)學進行運算求解 ， 最后對求解結(jié)果進行分析。對于許多具體情況 ， 可使用一些建立起來的物理模型 ， 從而可使問題簡單化。 而真正在設計中 ， 目前多使用 CAD 一類的高級輔助軟件進行分析、設計 ， 以保證設計的正確性、準確性及最優(yōu)化。 2.1.3 有限元的優(yōu)點 （ 1）有限元法具有極大的通用性和靈活性。它不僅能成功地處理如應力分析中的非均質(zhì)材料、各向異性材料、非線性應力 、 應變關系及復雜邊界條件等難題 ， 而且隨著其理論基礎和方法的逐步改進和完善 ， 還成功地用來求解熱傳導、流體力學以及電磁場領域的許多問題 ， 現(xiàn)在它幾乎適用于求解所有的連續(xù)介質(zhì)及場問題。 （ 2）對同一類問題的有限元法 ， 可以編制出通用的程序 ， 應用計算機進行計算。 （ 3）只要適當加密單元的網(wǎng)格 ， 就可以達到工程要求的精度。 （ 4）有限元法采用矩陣形式的表達 ， 便于編程序 ， 可以充分利用高速電子計算機所提供的方便 9。 2.1.4 有限元應用的種類 在實際的工程技術(shù)領域，根據(jù)分析的目的，有限元法的應用可以分為以下三種類型： 一、是進行靜力分析，也就是求解不隨時間變化的系統(tǒng)平衡問題。如線彈性系統(tǒng)的應力分析，也可以在靜磁學、靜電學、穩(wěn)態(tài)熱傳導和多孔介質(zhì)中的流體流動等的分析。 二、是模態(tài)分析和穩(wěn)定性分析。它是平衡問題的推廣?？梢源_定一些系統(tǒng)的特征值或臨界值，如結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析及線彈性系統(tǒng)的固有特性的確定等。 三、是進行瞬時動態(tài)分析。可以求解一些隨時間變化的傳播問題，如彈性連續(xù)體的瞬時動態(tài)分析 (或稱為動力響 應 )，流體動力學等。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 6 2.1.5 有限元軟件的分析步驟 1 （ 1）明確目標： 什么類型的分析； 怎么構(gòu)建模型； 什么單元。 （ 2）創(chuàng)建有限元模型： 創(chuàng)建或讀入幾何模型； 定義材料屬性； 劃分網(wǎng)格（節(jié)點及單元）。 （ 3）施加載荷及求解： 施加載荷及載荷選項、設定約束條件； 求解。 （ 4）查看結(jié)果： 查看分析結(jié)果； 檢驗結(jié)果（分析是否正確）。 通俗的表示就是： 2.2三維實體建模軟件 Solidworks 簡介 SolidWorks 軟件采用了特征建模技術(shù)和設計過程的全相關技術(shù)，是目前領先的、主流的三維 CAD 軟件。它具有配置管理、協(xié)同工作、零件建模、裝配設計、全相關工程圖、鈑金設計、有限元分析和動態(tài)仿真等多項功能，它為廣大用戶提供了多種多樣的設計過程專用工具。對于焊件設計，可以使用直觀的布局方法來迅速獲取設計意圖。通過利用焊縫、角撐板、頂蓋和切割清單，迅速完成焊件設計。它還包含功能強大的鈑金工具，用于在折疊或展開狀態(tài)創(chuàng)建高級鈑金設計。該模塊自動應用所有鈑金特性（如金屬厚 度、折彎半徑和折彎釋放槽），并自動完成法蘭、切口、放 樣的折彎、展開、正交切除、角切除、正交處理、褶邊、 轉(zhuǎn)折等的創(chuàng)建過程。借助 SolidWorks 軟件，用戶可以靈活地在一個文檔中創(chuàng)建零件、裝配體和工程圖的多個版本， 由此最大程度地提供重用機會。 在本課題中，研究的對象是壓力機機身，只需使用 Solidworks 中實體建模這一常用功能即可。 2.3 ANSYS 軟件介紹 ANSYS 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。 前處理模塊（前處理器）提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。包括參數(shù)定義、實體建模、網(wǎng)格 劃分。 分析計算模塊（求解器）包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。在次階段，我們進準備工作 預處理 求解 后處理 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 7 行分析類型定義、分析選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷選項。 后處理模塊（后處理器）可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。在 ANSYS 中后處理模塊分為通用 后處理模塊（ POST1）和時間歷程后處理器（ POST26）。 啟動 ANSYS，進入歡迎畫面以后，程序會停留在開始平臺。我們可以從開始平臺（主菜單）可以進入各處理模塊： PREP7（通用前處理模塊）， SOLUTION（求解模塊）， POST1（通用后處理模塊）， POST26（時間歷程后處理模塊）等。 2.4有限元分析軟件 ANSYS Workbench簡介 軟件接口 ，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共 ANSYS 軟件 是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用 有限元分析軟件 。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS 開發(fā)，它能與多數(shù) CAD 享和交換，如 Pro/Engineer， I DEAS， AutoCAD 等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中的高級 CAE 工具之一。 Workbench 是 ANSYS 公司提出的協(xié)同仿真環(huán)境，解決企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過程中 CAE 軟件 的異構(gòu)問題。面對制造業(yè)信息化大潮、 仿真軟件 的百家爭鳴雙刃劍、企業(yè)智力資產(chǎn)的保留等各種工業(yè)需求， ANSYS 公司提出的觀點是：保持 核心技術(shù) 多樣化的同時，建立協(xié)同仿真環(huán)境。 與傳統(tǒng) ANSYS 對比， Workbench 與其主要功能大致相同，有以下幾點： 1）結(jié)構(gòu)分析：用于分析結(jié)構(gòu)的變形、應力、應變和反力等。結(jié)構(gòu)分析包括靜力分析、動力學分析。 2）熱分析：熱分析通過模擬熱傳導、對流和輻射三種熱傳遞方式，已確定物體的溫度分布?？梢赃M行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析，可以進行線性和非線性分析，可以模擬材料的凝固和溶解過程。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 8 第三章 壓力機機身的 靜態(tài)分析 3.1 機身簡介 機身是壓力機的一個基本支撐部件，工作時要承受全部工作變形力。因此，機身的合理設計對減輕壓力機重量，提高壓力機剛度，以及減少制造工時，都具有直接的影響。機身分為兩大類：即開式機身和閉式機身。機身結(jié)構(gòu)分為鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種。我研究的 MT200 型壓力機是閉式的。框架形結(jié)構(gòu)床身剛性好，所承受的載荷大而均勻 。 公 稱 壓 力 : 200KN； 標準行程次數(shù) : 12501250； 機身材料是 Q235A，密度 3/7800 mkg ； 許用角變形 980 微??； 動載荷系數(shù)： 1.2（由于設備在使用中載荷會隨時間有一定的變化）。 圖 3.1 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)簡圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 9 3.2機身有限元分析 3.2.1 制定方案 1.在 Soildworks 里畫出 MT200 壓力機的三維模型再導入 ANSYS 軟件中 15。 2.選擇塊單元。 3.對單元進行網(wǎng)格劃分，遵循 “均勻應力區(qū)粗劃，應力梯度大的區(qū)域細劃 ”的原則 16。 4.對壓力機進行加載：設備在工作時承受兩個相反方向的載荷，機 身所受載荷簡化為對機身的兩個方向的均勻載荷。 5.約束條件：壓力機通過地腳螺栓與地基項鏈部分的 6 自由度全約束 17。 6.施加材料特性：機身材料是 Q235A，密度 3/7800 mkg 7.對壓力機進行應力場分析 18。 8.分析壓力機在加載情況下機身受力垂直變形以及角變形。 9.對機身結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)靜態(tài)優(yōu)化。機身的優(yōu)化原則是：通過改變機身結(jié)構(gòu)，應用 ANSYS計算出機身最大應力和垂直變形，以許用應力和原有的變形為約束，優(yōu)化的目標是選擇合適的機身 焊接結(jié)構(gòu)與鋼板厚度，盡量減輕機身的重量 19。 10.對壓力機進行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和固有振型，檢驗這些模態(tài)參數(shù)是否符合模態(tài)參數(shù)準則 20。 3.3有限元模型的建立 有限元模型的生成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工程原型行為特征的數(shù)學模型。由于圖形比較復雜，不適合在 ANSYS 中建模。我選擇在 SolidWorks 里建模但還需簡化，對于明顯不會影響機身的整體強度、剛度的部位，如螺釘孔、銷孔、圓角等予以簡化，因為壓力機的變形主要集中在喉口部位，不會影響影響分析結(jié)果。然后 把 SolidWorks 里的圖保存，再導入 ANSYS 中，實現(xiàn)壓力機限元模型。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 10 圖 3.2 MT200 壓力機機身的有限元模型 3.3.1 單元類型的選擇 該機身是 Q235 鑄造的整體結(jié)構(gòu)，形狀不規(guī)則，可采用六面體單元劃分，本文在 ANSYS 中計算時采用的是六面體單元 SOLID95，此單元能夠容許不規(guī)則形狀，并且不會降低精確性，特別適合邊界為曲線的模型；同時，其偏移形狀的兼容性好，有 20 個節(jié)點定義，每個節(jié)點有 3 個自由度， (X， Y， Z 方向 )，此單元在空間的方位任意，本單元具有塑性、蠕變、輻射膨脹、應 力剛度、 大變形以及大應變的能力，提供不同的輸出項。 3.3.2 單元網(wǎng)格的劃分 單元的劃分應遵循 “均勻應力區(qū)粗劃，應力梯度大的區(qū)域細劃 ”的原則 18-20，具體到本機身上，網(wǎng)格應細劃的位置是：喉口圓角處部位；而網(wǎng)格應粗劃的位置是：前后側(cè)板的絕大部分及兩側(cè)板間的連接筋板等部位。一般來說，單元劃分的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，同時造成計算量的陡增。過細有時還會產(chǎn)生計算精度的漂移與誤差。本文在用 ANSYS 計算時劃分單元時，采用的單元大小為 60mm，細劃部位采用的 單元大小為 30mm，經(jīng)過劃分單元后，共有 232028個節(jié)點， 127622 個單元。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 11 圖 3.3 機身的網(wǎng)格劃分圖 3.3.3 邊界條件的施加 機身靜態(tài)分析的邊界條件包括兩個方面：載荷的施加和邊界約束。 1）載荷的施加 本設備的公稱壓力是 200KN，但由于實際應用中設備受到的載荷會隨時間有一定的變化，故應在靜載荷上乘以一個動載荷系數(shù) 1.20，即實際受到的載荷數(shù)應當是 240KN，由于在 ANSYS 軟件分析時所施加的是壓強，所以具體壓強值應為載荷除以受力面積。分析其應力和變形時，取其公稱壓力為機身的外載荷。設備 在工作時承受兩個方向的載荷，一個是作用在支撐板上，方向向上；另一個是作用在工作臺上，方向向下。兩者大小相等，方向相反，且都以均布載荷的形式作用于面上。 3.3.4 邊界約束條件 機身靜態(tài)分析的邊界條件包括兩個方面：載荷的施加和邊界約束。 1）載荷的施加 本設備的公稱壓力是 200KN，但由于實際應用中設備受到的載荷會隨時間有一定的變化，故應在靜載荷上乘以一個動載荷系數(shù) 1.20，即實際受到的載荷數(shù)應當是 240KN，由于在 ANSYS 軟件分析時所施加的是壓強，所以具體壓強值應為載荷除以受力面積。分析其應力和變形時 ，取其公稱壓力為機身的外載荷。設備在工作時承受兩個方向的載秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 12 荷，一個是作用在支撐板上，方向向上；另一個是作用在工作臺上，方向向下。兩者大小相等，方向相反，且都以均布載荷的形式作用于面上。 2）邊界約束條件 MT200 壓力機機座的邊界約束條件是通過地腳螺釘與基礎相連的全約束，故將前面和后面的各個與地面接觸的底板都使用 6 自由度全部位移予以約束，由于機身的重量達 6000 多公斤，因此考慮機身的自重，考慮重力或離心力是通過施加相應的加速度來定義的，由于慣性力和加速度的方向剛好相反，因此對于此圖而言應施加向上的重 力加速度9.8。 3.3.5 材料特性的施加 機身為 Q235 鋼的板材焊接結(jié)構(gòu)，在工作時其變形是彈性變形。材料特性常數(shù)包括：彈性模量、泊松比、密度，根據(jù)機械設計手冊， Q235 鋼的彈性模量 E 為 206.76 GPa ，泊松比 為 0.27 0.3 ，本 文取 PaE 11100.2 ， 3.0 ， Q235 鋼 的密 度取3/7800 mkg 。 3.4 計算結(jié)果分析 3.4.1 機身的應力 和 變 行 （ 1）機身材料為低碳鋼，結(jié)構(gòu)的破壞形式一般為塑性屈服，所以在強度分析中采用第三強度理論或第四強度理論。但是第三強度理論未考慮主應力3影響，它可以較好的表現(xiàn)塑性材料塑性屈服現(xiàn)象，只適用于拉伸屈服極限和壓縮屈服 極限相同的材料。 而第四強度理論考慮了主應力 2 的影響，且和實驗較符合，它與第三強度理論比較更接近實際情況。因而在強度評價中通常采用第四強度理論導出的等效應力（又稱 Von Mises 等效應力）來評價 20-21。 第四強度的含義就是：在任何應力狀態(tài)下，材料不發(fā)生破壞的條件是： 許用應力 ， 安全系數(shù)s 而s = )()()(21 213232221 其中： 1 ， 2 ，3第一，第二，第三主應力。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 13 由前可知，機身材料為 Q235， MPas 235 考 慮 到 疲 勞修 正 系 數(shù)和 疲 勞 修正 系 數(shù) 安全 系 數(shù) ，故 安 全 系數(shù) 取 1.47 ，則 安全系數(shù)/ =235/1.47=160MPa ，而我們所要的應力要求是： MPa160 。 （ 2）機身變形要求 : mmxx 1 mmyy 1 mmzz 1 。 3.4.2 應力圖形顯示 （單位： MPa， 以下單位相同 ） 本文 采用第四強度理論，只要給出 Von-Mises 應力圖即可。 1）應力等值線圖 圖 3.5 Von Mises 應力 等值 云圖 從該圖可以看出，機身應力的最大值為 49.577MPa，小于 160MPa，且機身，特別 是支撐板 處有一定形變，需要對其進行優(yōu)化。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 14 2）喉口應力圖 圖 3.6 喉口 Von Mises 應力云圖 3.4.3 機身變形圖 （單位： mm， 以下單位相同 ） 為了更好的說明問題，先對機身的坐標系做一下解釋。如圖 2-6 中所示，沿豎 直方向為 Y 向，左右方向為 X 向，垂直紙面的方向為 Z 向。圖中的虛線是機身原始狀態(tài)，實體則顯示了變形后的狀態(tài)。由于液壓機體積較大，而幾毫米的變形量在實際中是看不出來的，為了方便查看變形效果，圖中顯示的變形是 ANSYS 軟件的夸張顯示 22-24。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 15 1） 機身總變形圖 圖 3.7 機身總變形圖 2 )X 方向變形圖 圖 3.8 X 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 16 3) Y 方向變形圖 圖 3.9 Y 方向變形圖 4） Z 方向變形圖 圖 3.10 Z 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 17 3.4.4 局部變形圖 1） 喉口 X 方向的變形圖 圖 3.12 喉口 X 方向的變形圖 2） 喉口 Y 方向的變形圖 圖 3.13 喉口 Y 方向的變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 18 3） 喉口 Z 方向的變形圖 圖 3.14 喉口 Z 方向的變形圖 3.4.5 X， Y， Z方向最大變形量的對比 表 3-1 最大應變 項目 最大拉伸變形 / mm 最大壓縮變形 /mm X 方向 0.0646 0.02 Y 方向 0.318 0.177 Z 方向 0.051 0.052 如表 3-1 所示，機身的最大拉伸應變?yōu)?0.318 mm，最大壓縮應變?yōu)?0.177mm，小于1mm，符合要求。 3.4.6 機身角變形與角 剛度計算 角變形是指壓力機變形時滑塊相對于工作臺面的傾斜夾角，其可能包括非工作狀態(tài)時滑塊、導軌和工作臺由于制造精度不高以及壓力機裝配存在誤差時而產(chǎn)生的傾角，還可能由于壓力機負載時曲軸、連桿和滑塊彈性變形時造成的，但主要是機身本身的角變形造成的。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 19 圖 2.13 MT200 壓力機機身正視圖 角剛度是指壓力機的滑塊相對于工作臺面產(chǎn)生單位角變形時，壓力機所承受的作用力，可用aC表示，即 aC= 式中 P壓力機承受載荷，在此為公稱載荷 KNg 200； 壓力機承受載荷 P 時，使喉口傾斜的角變形。 = l+ 2+ 3+ 4 分別取喉口處端點 A、 B、 C、 D、 E、 F 處 Y 方向的位移差為 AB 、 BC 、 DE 、 EF ，設 AB 的水平距離為 L1， BC 的水平距離為 L2， DE 的水平距離為 L3， EF 的水平距離為L4。則導軌的角變可近似 為： tan l = AB /L1； tan 2= BC / L2； tan 3= DE / L3； tan 4= EF / L4； 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 20 AB =AY-BY=23.8428e-5-15.70778e-5=8.12e-2 mm；BC=BY-CY=15.70778e-5-13.62045e-5=2.09e-2 mm； DE =DY-EY=3.83148e-5-1.47969e-5=2.35e-2 mm； EF =EY-FY=1.47969e-5-（ -7.04108） e-5=9.52e-2mm； 角變形可近似計算為： l tan l=1LAB =8.12e-2/855=9.52e-5 rad =95rad 2 tan 2=2LBC =2.09e-2/210=9.95e-5 rad =99.5rad 3 tan 3=3LDE =2.35e-2/210=11.9e-5 rad =111.9rad 4 tan 4=4LEF =9.52e-2/855=10.72e-5rad=111.3rad 機身的總角變形為 = l+ 2+ 3+ 4=95+99.5+111.9+111.3=417.7 980，符合要求。 根據(jù) JB/T6580.1-1999 國家標準，機身的許用角剛度： aC=0.00l2Pg=0.24(KN/rad)。機身角剛度aC= / =200/417.7=0.479(KN/rad) aC，角剛度符合要求。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 21 第四章 機身結(jié)構(gòu)的改進設計 通常，一個好的產(chǎn)品設計，往往是綜合各種因素，提出一種初始方案，然后對其進行數(shù)值分析，使其滿足強度、剛度、穩(wěn)定性及可靠性和壽命等要求的預期目標，然后反復修改方案，使其具有較好的使用性能，并力求節(jié)省材料和能源，經(jīng)濟而具有競爭力。機身的優(yōu)化原則是：通過改變機身結(jié)構(gòu)，應用 ANSYS 計算出機身最大應力和角變形，以許用應力和原有的變形為約束，以減輕機身的重量作為目的。本機身靜態(tài)主要是強度和剛度兩方面的特性，但對機床結(jié)構(gòu)設計時，剛度問題比強 度問題更為重要，因此在優(yōu)化方面主要考慮機身的變形問題。 機身的優(yōu)化原則是：通過改變機身板的厚度，應用 ANSYS 計算出機身最大應力，并滿足應力和變形要求：應力： 160MPa。變形： x1mm y1mm z1mm。 4.1優(yōu)化方案一 由變形圖可知，壓力機的應力很小，采用的優(yōu)化方法是把兩側(cè)板厚度厚度從 50mm減少到 40mm。 4.1.1 應力圖顯示 1) 應力等值線圖 圖 4.1 Von Mises 應力云圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 22 2）喉口應力圖 圖 4.2 喉口 Von Mises 應力云圖 4.1.2 機 身變形圖顯示 1） X 方向變形圖 圖 4.3 X 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 23 2） Y 方向變形圖 圖 4.4 Y 方向變形圖 3） Z 方向變形圖 圖 4.5 Z 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 24 4）機身總變形圖 圖 4.6 總變形圖 4.1.3 喉口變形圖顯示 1）喉口 X 方向變形圖 圖 4.7 喉口 X 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 25 2）喉口 Y 方向變形圖 圖 4.8 喉口 Y 方向變形圖 3）喉口 Z 方向變形圖 圖 4.9 喉口 Z 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 26 4.1.4 X， Y， Z方向最大變形量的對比 表 4-1 最大應變 項目 最大拉伸變形 /mm 最大壓縮變形 /mm X 方向 0.0812 0.0266 Y 方向 0.422 0.2240 Z 方向 0.0831 0.0835 如表 4-1 所示，最大拉伸變形為 0.422mm， 最大壓縮變形為 0.2240mm， 符合變形量小于 1mm的要求。 4.1.5 角變形與角剛度 mmeeeBA YYAB 255 834.17531.11365.29 ； mmeeeCBYYBC 255 069.5462.6531.11 ； 255 6 9 7.16 2 8.23 2 5.4 eeeED YYDE mm ； EF =EY-FY=2.628e-5-（ -12.414） e-5=15.042e-2mm； 則角變形可近似計算為： l tan l=1LAB =17.834e-2/855 =208.6rad 2 tan 2=2LBC =5.069e-2/210=241.4rad 3 tan 3=3LDE =1.697e-2/210=80.8rad 4 tan 4=4LEF =15.042e-2/855=175.9rad 機身的總角變形為 = l+ 2+ 3+ 4=208.6+241.4+80.8+175.9=706.7 980，符合要求 。 機身角剛度aC= / =200/706.7=0.283( /KN rad ) aC，角剛度符合要求。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 27 4.2優(yōu)化方案二 由于應力和應變比較小，所以還可以減少厚度來節(jié)約材料，在優(yōu)化方案 1 的基礎上，把支撐板的厚度減少 10mm。 4.2.1 應力圖顯示 1） 機身 整體應力圖顯示 圖 4.10 Von mises 應力云圖 2） 喉口應力圖顯示 圖 4.11 喉口 Von mises 應力云圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 28 從以上幾幅圖中可以看出，機身最大應力為 96.345MPa 小于 160MPa,符合要求。 4.2.2 機身變形圖 1） X 方向變形圖 圖 4.12 X 方向變形圖 2） Y 方向變形圖 圖 4.13 Y 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 29 3） Z 方向變形圖 圖 4.14 Z 方向變形圖 4.2.3 喉口變形圖 1） 喉口 X 方向變形圖 圖 4.15 喉口 X 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 30 2）喉口 Y 方向變形圖 圖 4.16 喉口 Y 方形變形圖 3）喉口 Z 方形變形圖 圖 4.17 喉口 Z 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 31 4.2.4 X， Y， Z方向最大變形量的對比 表 4-2 最大應變 項目 最大拉伸變形 /mm 最大壓縮變形 /mm X 方向 0.0836 0.0266 Y 方向 0.8104 0.2397 Z 方向 0.0978 0.0996 如表 4-2 所示，最大拉伸變形為 0.8104mm， 最大壓縮變形為 0.2397mm， 符合變形小于 1mm的要求。 4.2.5 角變形與角剛度 AB =AY-BY=22.6171e-5-10.8077e-5=11.8094e-2 mm； BC=BY-CY=10.8077e-5-7.9582e-5=2.8495e-2 mm； DE =DY-EY=5.95543e-5-3.15226e-5=2.80317e-2 mm； EF =EY-FY=3.15226e-5-（ -2.953） e-5=6.10526e-2mm； 則角變形可近似計算為： l tan l=1LAB =11.8094e-2/855=13.85e-5 rad =138.1rad 2 tan 2=2LBC =2.8495e-2/210=13.57e-5 rad =135.7rad 3 tan 3=3LDE =2.80317e-2/210=13.35e-5 rad =133.5rad 4 tan 4=4LEF =6.10526e-2/855=6.88e-5rad=71.4rad 機身的總角變形為： = l+ 2+ 3+ 4=138.5+135.7+133.5+68.8=478.7 980，符合要求。 根據(jù) JB/T6580.1-1999 國 家 標 準 ， 機 身 的 許 用 角 剛 度 ： aC ar dKNPg /24.00 0 1 2.0 。 而此機身角剛度 aC =P/ =200/478.7=0.42(KN/ ard秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 32 aC，角剛度符合要求。 4.3優(yōu)化方案三 經(jīng)過兩次優(yōu)化，可以看出第二次改進結(jié)果比第一次優(yōu)化理想，但還需重新改進一次，在第一次改進基礎上，將兩側(cè)邊的上邊沿修成弧形以減少材料 ， 再增加一對地腳螺栓以加強機身結(jié)構(gòu)。 通過對其分析，觀察應變應力的變化。 4.3.1 應力圖顯示 1）機身 整體 應力圖 圖 4.18 Von mises 應力云圖 2）喉口 Von mises 應力圖 圖 4.19 喉口 Von mises 應力云圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 33 從上圖可以看出，機身的最大應力為 99.675MPa，小于 160MPa，符合應力要求。 4.3.2 機身變形圖顯示 1） X 方向變形圖 圖 4.20 X 方向變形圖 2） Y 方向變形圖 圖 4.21 Y 方向變形圖 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 34 3） Z 方向變形圖 圖 4.22 Z 方向變形圖 4.3.3 喉口變形圖顯示 1） X 方向變形圖 圖 4.23 喉口 X 方向變形 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 35 2） Y 方向變形圖 圖 4.24 喉口 Y 方向變形 3） Z 方向變形 圖 4.25 喉口 Z 方向變形 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 36 4.3.4 X， Y， Z方向最大變形量的對比 表 4-3 最大應變 項目 最大拉伸變形 /mm 最大壓縮變形 /mm X 方向 0.0887 0.0261 Y 方向 0.819 0.2349 Z 方向 0.0975 0.0998 如表 4-3 所示，機身的最大拉伸應變?yōu)?0.819mm，最大壓縮應變?yōu)?0.2349mm，小于1mm，符合要求。 4.3.5 角變形與角剛度 AB =AY-BY=23.9927e-5-9.22325e-5=14.76945e-2 mm； BC=BY-CY=9.22325e-5-6.67034e-5=2.55291e-2 mm； DE =DY-EY=3.99859e-5-1.85532e-5=2.14327e-2 mm； EF =EY-FY=1.14327e-5-（ -3.48141） e-5=5.33673e-2mm； 則角變形可近似計算為： l tan l=1LAB =10.76945e-2/855 =172.7rad 2 tan 2=2LBC =2.55291e-2/210 =121.6rad 3 tan 3=3LDE =2.14327e-2/210 =102.1rad 4 tan 4=4LEF =5.33673e-2/855=62.4rad 機身的總角變形 ： = l+ 2+ 3+ 4=172.7+121.6+102.1+62.4=458.8 980，符合要求。機身角剛度aC=P/ =200/458.8=0.44(KN/rad) aC，角剛度符合要求。 秦鏡淳 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設計 37 4.4