某液压机多工况下结构强度计算的比较研究及实验验证

摘要

液压机是装备制造业中一种常见的基础设备，广泛应用在国民经济的各个领域。液压机结构强度设计计算研究具有重要意义。本文进行了四种塑性金属的单向拉伸和压缩、纯扭转屈服强度实验，及一种塑性金属的拉伸—扭转屈服强度实验，利用ANSYSWorkbench有限元软件对某液压机在多种载荷工况下的应力分布、上横梁的位移变化、主应力状态变化、三个强度理论的计算结果进行了研究。主要的研究内容如下:
　　(1)根据多种塑性金属的拉伸、压缩、纯扭转和拉扭组合屈服强度实验数据，对液压机常用强度理论计算的相对误差进行了比较分析。结果表明，Tresca强度理论计算的误差最大，Mises强度理论次之，极限应变能强度理论最小。Mises强度理论和Tresca强度理论偏保守。极限应变能强度理论可用于拉伸—压缩组合主应力强度计算。
　　(2)根据有限元模型简化规则和研究目的，用ANSYSWorkbench有限元软件建立了液压机整体有限元三维实体模型，确定了单元选择、网格划分、载荷施加、边界约束和接触模式等关键技术问题。选择液压机在中载、横向偏载、纵向偏载和斜偏载四种工况，进行了有限元计算，研究了机架和立柱的应力分布和变形规律。
　　(3)对比有限元计算数据，发现同一位置不同工况存在主应力状态变化，结构强度设计计算应考虑不同工况主应力状态的变化。拉伸—压缩—压缩主应力状态下，Mises强度理论相当应力最大值有的比极限应变能强度理论小，有的又大，导致强度设计不确定性和存在安全隐患，某些主应力状态下Tresca强度理论和Mises强度理论的计算结果矛盾。Tresca强度理论、Mises强度理论用于全拉伸主应力和全压缩主应力状态的相当应力都比LSEST小，存在设计隐患。ANSYS有限元计算输出的相当应力不区分主应力状态，只有Mises相当应力也不太合适。
　　(4)极限应变能强度理论在液压机等工程机械的强度设计中具有实际应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 液压机简介及国内外发展状况

1．1．1 液压机简介

1．1．2 国内外液压机发展概况

1．2 液压机本体结构力学研究概况

1．2．1 传统力学方法

1．2．2 现代有限元设计方法

1．3 课题研究的主要内容和意义

1．3．1 课题研究的意义

1．3．2 课题研究的主要内容

2 结构主应力状态变化时的强度计算及实验研究

2．1 有关强度理论

2．1．1 几个常用的强度理论

2．1．2 极限应变能强度理论

2．2 几种塑性金属的屈服强度实验

2．2．1 实验方案

2．2．2 实验结果

2．3 屈服强度实验结果的计算和分析

2．3．1 几种塑性金属纯扭转屈服实验结果计算分析

2．3．2 Q235二向拉伸—扭转屈服强度实验结果计算分析

2．4 本章小结

3 液压机本体结构及有限元模型的建立

3．1 液压机的结构特点及基本参数

3．1．1 液压机的结构特点

3．1．2 液压机的基本参数

3．2 液压机机架结构ANSYS有限元模型的建立

3．2．1 液压机机架结构模型的简化

3．2．2 载荷工况的确定

3．2．3 材料参数

3．3．4 单元类型选择及网格划分

3．2．5 边界条件

3．2．6 接触分析设置

3．3 本章小结

4 液压机机架静力学分析

4．1 机架Mires等效应力分析

4．1．1 机架整体Mises等效应力计算结果及分析

4．1．2 上横梁Mises等效应力计算结果及分析

4．1．3 立柱Mises等效应力计算结果及分析

4．1．4 下横粱Mises等效应力计算结果及分析

4．2 机架变形规律分析

4．2．1 机架整体变形规律

4．2．2 横梁变形规律

4．3 立柱Mises等效应力分析

4．4 本章小结

5 不同工况液压机强度计算的比较分析

5．1 不同工况主应力状态分析

5．1．1 主应力点位置的确定

5．1．2 特征点主应力状态变化分析

5．2 三个强度理论相当应力计算结果比较

5．2．1 强度理论相当应力最大值比较

5．2．2 主应力状态与强度理论比较

5．3 液压缸结构强度理论计算的比较分析

5．3．1 液压缸顶部过渡圆角区强度计算比较

5．3．2 液压缸法兰过渡区强度计算比较

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结及创新点

6．2 全文展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢