现代设计技术三级项目-机架有限元分析.docx
3.2机架有限元分析本章分析计算中，均采用在设备设计最大轧制力下进行计算(最大轧制力为3000OkN),所得应力均为公称轧制力下的数值。因为轧机零部件的安全系数较大，上述所有零件变形均在弹性范围内，所以可根据材料的许用应力和安全系数，依据线性关系，求得在许用范围内该零件所能承受的最大轧制力，即P(3-17)1.maxKT式中P公称轧制力i该零件许用应力值.max公称轧制力下该零件的最大应力值Pmax许用应力下该零件所能承受的最大轧制力又由(3-18)=%式中Obi该零件强度极限%该零件安全系数因此，由式(3-17)、式(3-18)可得在许用应力范围内该零件所能承受的最大轧制P为最后取各零件所能承受的最大轧制力中的最小值作为整个设备所允许的最大轧制力，即RaX=(Am"2)(3-20)轧机的最大轧制力为300kN,对于一片机架，其载荷按总载荷的一半1500OkN进行计算。根据结构及载荷对称性，取机架四分之一作为分析模型，模型中窗口内圆角半径分别为225mm（方案1）和18Omm（方案2）,圆弧导圆为R40mm,圆滑过渡，压下螺母孔台阶处导圆为R30mm,详见下列各模型。3.2.2 边界条件及载荷模型见图32,载荷作用在机架上横梁压下螺孔台阶处和下横梁窗口内表面上，图3-3、图3-4为压下螺孔台阶和窗口内角过渡圆弧单元划分，为15000KN压力的1/4,边界条件见图3-5,在机架四分之一对称面上建立对称约束，这里只给出方案1边界载荷图，方案2略。图3-2轧机有限元模型图34机架窗口内圆角单元划分图3-5边界载荷3.2.3 有限元结果分析方案1中机架受载荷作用时.，其铅垂方向变形趋势如图3-6,最大Y向位移值为0.984mm；其水平方向变形趋势如图3-7,单侧立柱最大X向位移值为0.397mmO图3-6方案1机架铅垂方向变形l: riatalSXjj-r«S0-30-4».M t图3-7方案1机架水平方向变形图3-8方案2机架铅垂方向变形方案2机架受力时，铅垂方向最大位移为0.985mm,详见图3-8,水平方向单侧立柱最大位移为0.394mm,详见图3-9。NODAL SOLUTIONJrTKE UB =1TD<B*1UX<AV3)RSYSeODMX =.582B-03SMN =-.394t-03SMX =.127B-03ANAPR 15 200 07:01:34-.»«-03-.27W-03-.eZC-03>.460K04.6m-04.3XC8-.220K-03-.IOS-O3.IHt-¢4.127K-0)File:P:qiananl580jj-r360.xt图3-9方案2机架水平方向变形图3-10、图3-11为方案1机架压下螺丝孔处应力分布图，最大等效应力为122MPa,详见图3-12；最大主应力为133MPa,详见图3-13。图3-11方案1压下螺丝孔主应力分布图3-12压下螺丝孔最大等效应力（局部）图313压下螺丝孔最大主应力（局部）图3-14、图315为机架过渡圆角处应力分布图，最大等效应力为40.7MPa,最大主应力为43.4MPa°NODALOLUTON图3-15下部过渡圆角最大主应力图3-16、图3-17为方案2机架压下螺栓孔处应力分布图，最大等效应力为122MPa,最大主应力为134MPa。图3-16方案2压下螺丝孔最大等效应力NODALSOLUTION图3-17方案2压下螺丝孔最大主应力图3-18、图3-19为机架上横梁过渡圆角处应力分布图。最大等效应力为782MPa,最大主应力为466MPa。计算中有应力集中出现。图3-18上部过渡圆角等效应力分布图3-19上部过渡圆角主应力分布图3-20、图3-21为方案2机架过渡圆角处应力分布图，最大等效应力为42.4MPa,最大主应力为46.1MPa。图3-20下部过渡圆角等效应力分布图3-21下部过渡圆角主应力分布3.2.4结论根据以上模型分析可得出机架刚度：方案1：30000/0.894二33557KNmm方案2：30000/0.895=33519KNmm由此看出，机架窗口圆角变化对刚度影响很小，只有0.1%。方案1中窗口圆角圆弧半径为R=225mm,方案2中窗口圆角圆弧半径为R=I80mm,机架窗口圆角圆弧处对应等效应力分别为40.7MPa和42.4MPa,应力增大4%,可以认为机架窗口圆角圆弧对强度影响很大，直接影响机架的安全系数，同时，压下螺丝孔台阶处的导圆处也是不能忽略之处，从图3-12至图3-21可以看出局部应力变化，安全系数如下：方案1机架安全系数为：450/40.7=11.05方案2机架安全系数为：450/42.4=10.6综合以上分析结果，现机架结构方案，窗口圆角R取值在225-26Omm范围内较为适当，机架变形改变微小，局部应力集中变化不大，认为该方案机架结构安全合理。
