巨型模锻压机典型组合承载结构过盈联接界面接触问题的研究与优化

摘要

巨型模锻压机主要是用来锻造大型锻件的重型基础装备,是我国“大飞机’’研制项目中的关键设备,同时也是航空航天、船舶、重型机械等领域的重要装备,是否拥有巨型模锻液压机已经成为衡量一个国家大型装备的制造生产能力、技术水平以及经济与国防实力的重要标志。由于巨型模锻压机结构庞大且复杂,不能采用传统的整体式结构,例如我国正在研制的800MN大型模锻压机,其主体框架为“C”型板框式组合结构,不同的组件之间采用预紧拉杆、球铰、焊接、过盈等联接方式形成平行并联与垂直串联组合结构以实现压机的整体工作性能。不同承载部件间的界面接触状态是影响模锻压机的可靠性以及使用寿命的重要因素之一,而实现各承载及传力构件间的可靠联接又是保证构件间良好接触的基础。
　　 本文以800MN大型模锻压机的典型组合承载结构—过盈联接结构为研究对象,综合运用理论分析、试验研究、数值模拟等方法对过盈联接结构进行了系统的研究,主要的研究工作如下:
　　 (1)开展了800MN大型模锻压机整机结构分析,揭示了力流在各组合承载结构间的传递规律,并进行了实验验证,查明了十字键与C型板组合结构是影响力流在C型板框式主机架组合承载结构间均匀传递的关键环节。
　　 (2)基于Global-Local技术,在整机结构分析的基础上,建立了800MN巨型模锻压机的典型组合结构—十字键和C型板之间过盈联接结构的三维有限元分析模型,开展了极端载荷工况下受力分析,发现十字键和C型板在该作用下会出现“开缝”和接触应力分布不均的现象。
　　 (3)开展了十字键和C型板过盈联接结构局部受力分析,基于组合承载结构合理刚度匹配关系及静力平衡原则,提出四类改善十字键和C型板之间接触状况的方案,并对四类方案进行对比分析,确定了实现载荷在组合结构接触界面间均匀传递的最佳过盈面修形方案。
　　 (4)综合分析了传统轴毂类过盈联接结构过盈量的理论计算方法,针对十字键与C型板过盈联接结构的特征,提出了一套简单易行的求解非传统过盈联接结构过盈量的图解法,实现了对十字键与C型板间最佳过盈量的确定。并对不同过盈量条件下的过盈联接结构进行对比分析,验证了用所建立的图解法求解非传统过盈联接结构最佳过盈量的可行性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 模锻压机的简述

1.2.1 液压机的工作原理及结构特征

1.2.2 模锻液压机的发展

1.3 模锻压机承载结构的发展与研究现状

1.4 过盈联接结构

1.4.1 过盈联接结构的应用

1.4.2 过盈联接结构的分析状况

1.5 课题研究的意义和内容

1.5.1 课题来源

1.5.2 课题研究的意义

1.5.3 课题研究的内容

第二章 模锻压机有限元分析的计算理论基础

2.1 引言

2.2 非线性问题的分类

2.3 接触问题的研究发展

2.3.1 经典弹性接触力学的发展

2.3.2 非经典接触力学的发展

2.4 接触问题的一般描述和基本方程

2.4.1 接触问题的一般描述

2.4.2 接触力的可逆与不可逆性

2.4.3 接触问题的基本方程

2.5 Marc软件的简介

2.5.1 非线性问题在MSC.Marc中的求解

2.5.2 非线性问题在MSC.Marc中的求解方法

2.6 接触问题有限元求解的一般过程

2.7 本章小结

第三章 800MN大型模锻压机整机结构受力分析

3.1 引言

3.2 800MN模锻压机的结构特征

3.3 800MN模锻压机的力流传递特征

3.4 有限元模型的建立

3.5 计算结果分析

3.6 模型试验验证

3.6.1 模锻压机样机测试

3.6.2 实验方案与测量结果

3.7 本章小结

第四章 800MN大型模锻压机典型过盈联接结构建模与优化

4.1 引言

4.2 模锻压机局部典型结构的计算模型

4.2.1 结构模型与单元划分

4.2.2 材料特性

4.2.3 载荷和边界条件

4.3 计算结果及分析

4.3.1 接触面应力分布状态

4.3.2 接触面的接触情况

4.3.3 不同部件的应力

4.4 解决方案的建立

4.4.1 典型局部组合承载结构受力状态分析

4.4.2 解决方案一

4.4.3 解决方案二

4.4.4 解决方案三

4.4.5 解决方案四

4.4.6 结论

4.5 本章小结

第五章 最佳过盈量的计算方法与验证

5.1 引言

5.2 过盈量的计算

5.3 模锻压机的“最佳过盈量”

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 全文展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要研究成果