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1.幾何模型 矯直機機架是實(shí)體框架組合結構，是由底座、立柱、上橫梁、拉桿、螺母組成的預緊結構。該矯直機機架是具有雙軸對稱(chēng)的對稱(chēng)結構。預緊時(shí)，機架的受力也具有雙軸對稱(chēng)性，因而對機架進(jìn)行預緊狀態(tài)的有限元分析時(shí)，只取其四分之一結構，建立有限元模型。在矯直狀態(tài)時(shí)，其受力只是單軸對稱(chēng)，此時(shí)，則取機架的半結構建立有限元模型，經(jīng)過(guò)必要的簡(jiǎn)化處理，得到矯直機機架半結構的有限無(wú)幾何模型，其上橫梁的球面承載面簡(jiǎn)化成圓平面。 2.有限元力學(xué)模型 采用專(zhuān)用有限元分析軟件對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和添加邊界條件。 進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，由人工控制單元邊長(cháng)，采用四節點(diǎn)四面體單元，自動(dòng)劃分有限元網(wǎng)格。取1/4結構劃分好有限元網(wǎng)格，準備預緊狀態(tài)下用。矯直狀態(tài)時(shí)，將1/4機架結構連同有限元網(wǎng)格一起鏡向，得到機架半結構有限元網(wǎng)格模型，這樣就了機架結構和有限元網(wǎng)格的對稱(chēng)性。 有限元網(wǎng)格劃分完成后，設置如下邊界條件形成有限元力學(xué)模型。 3.預緊狀態(tài)的應力 預緊狀態(tài)下，機架的應力主要表現為拉桿上的拉應力和立柱及上、下橫梁的壓應力。 由對原結構的分析結果，可以得到如下結論： (1)僅在預緊力作用下，機架強度是足夠的。 (2)在矯直狀態(tài)時(shí)，立柱壓應力降低，但仍保持負值，說(shuō)明其螺桿預緊力是足夠的(1277.4t/根)。上橫梁端面應力升高等效應力很接近材料的屈服極限，可適當加厚該板的厚度。底座應力值較小。 (3)從變形情況來(lái)看，底座變形較大，且存在板自身的彎曲。 由此可見(jiàn)矯直機架的結構不夠合理，有必要進(jìn)行優(yōu)化。 4.結構優(yōu)化思路及步驟 前面提到上橫梁端面應力值很接近材料的屈服極限，而底座應力值較小，并且高應力區只在很小的局部。因此，首先考慮改善結構應力分布狀況和應力值水平，在結構應力合理的情況下，再來(lái)調整結構、改善機架剛度。 5.應力結果 預緊狀態(tài)下，機架的應力分布與原結構基本相同，但其壓應力值較原結構大大降低。對比分析結果，可以得到如下結論： (1)結構調整后，機架應力得到了改善，機架強度足夠，螺桿預緊力也是足夠的。 (2)但是機架剛度有較大程度降低，從機架的約束和變形情況看，機架底座的變形是引起機架剛度降低的主要原因，但底座的應力值并不高，其變形較大是主要由于結構形式引起的。因此，要改善機架剛度，應調整機架底座的結構形式。有效的辦法是將底座的開(kāi)口結構變成箱形結構并適當加筋。 從預緊時(shí)的情況來(lái)看，機架的變形情況基本相同，這是因為預緊時(shí)，機架的變形主要是立柱及其相鄰件的壓縮變形，而遠離立柱部分的卻很小。(圖/文www.fmrose.com)
