巨型模锻液压机典型组合结构的承载与变形特性分析

摘要

巨型模锻液压机是生产大型高强度铝合金、钛合金、高温合金、模锻件的关键设备。在国防和航空工业的大型模锻件生产中有着不可替代的作用。 巨型模锻液压机为解决可制造性问题，大量采用组合结构。这种大型组合结构突出的问题是工作载荷在结构中局部聚集，在某些部位产生较大的应力集中，甚至导致组合件之间局部开缝。论文在对比分析模锻压力机本体结构的基本形式基础上，选择压力机主传力方向上的三类典型关键部件，采用有限元法，运用Marc软件进行分析研究，着重分析影响载荷局部聚集和开缝的因素，从而为巨型模锻液压机结构设计提供依据。 论文的主要研究内容包括以下几个方面： 1、针对预紧螺栓组连接多层叠板的垫板组合结构，分析叠层板组合结构板间的接触应力分布规律，以及影响板间接触应力分布、开缝变形的因素。 2、针对由预紧螺栓、箱型梁和垫板组成的复合横梁结构，选择铸造箱型组合活动横梁为对象，分析确定组合箱型组合横梁结构开缝的原因以及结构优化设计。 3、针对由拉杆螺栓预紧的并联主机架，以C形板组合主机架为对象，分析影响机架整体强度和刚度的因素，着重讨论联接件对强度和刚度的影响。 通过对上述典型结构分析，指出解决巨型装备结构可制造性而派生出来的特殊组合结构，这类特殊结构常由于承载体间变形不协调而导致载荷传递过程中在局部聚集。为使其满足装备寿命、功能与运行精度的要求，应该以基于组合结构变形协调的刚度设计为准则，以巨大载荷流传递过程中在承载组合体的均匀释放为目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2液压机本体结构介绍

1.2.1立柱式

1.2.2整体框架式

1.2.3组合框架式

1.2.4钢丝缠绕式

1.3国内外巨型模锻液压机概况和发展趋势

1.3.1国内外巨型模锻液压机概况

1.3.2巨型模锻液压机发展趋势

1.4巨型模锻液压机本体结构研究概况

1.5课题来源、研究意义和研究内容

1.5.1课题来源

1.5.2研究意义

1.5.3研究内容

第二章空间接触问题的有限单元法

2.1引言

2.2弹性空间问题的基本方程

2.3有限元接触理论

2.3.1基本假设

2.3.2接触面的条件

2.3.3接触点接触状态对应的力和位移边界条件

2.3.4接触状态判定条件

2.3.5摩擦边界的描述

2.4接触问题的数值计算方法

2.5接触问题有限元求解的一般过程

2.6预紧螺栓的有限元分析模型

2.6.1替换法

2.6.2降温法

2.6.3多点约束力学模型

2.7小结

第三章垫板组结构分析与优化

3.1引言

3.2模锻压力机垫板组结构简介

3.3模具组接触应力和强度计算的常用方法

3.4垫板组三维有限元模型建立

3.4.1垫板组的力学行为影响因素

3.4.2边界条件处理

3.5不同高度下垫板分析

3.5.1不同高度对垫板间接触应力和接触面积的影响

3.5.2垫板变形以及螺栓的布局对垫板变形的影响

3.6等高度下板厚分配优化分析研究

3.6.1不同板厚对板间接触应力的影响

3.6.2不同板厚对板间接触面积的影响

3.7本章小结

第四章活动横梁结构分析与优化

4.1引言

4.2活动横梁的结构形式简介

4.2.1厚板焊接结构

4.2.2轧制钢板叠合结构

4.2.3整体铸造结构

4.2.4分体铸造组合结构

4.3 800MN活动横梁结构

4.4活动横梁有限元分析

4.4.1几何模型的建立

4.4.2有限元网格划分

4.4.3力学模型的建立与边界条件处理

4.4.4总体计算结果

4.4.5优化方案

4.5本章小结

第五章C形板组合机架强度和刚度分析

5.1引言

5.2机架结构形式简介

5.2.1梁柱结构

5.2.2预应力钢丝缠绕结构

5.2.3钢板组合机构

5.3机架常用计算方法介绍

5.3.1基本假设

5.3.2机架框架计算顺序

5.4 C形机架有限元建模

5.4.1机架的影响因素分析

5.4.2有限元建模及边界条件处理

5.5结果分析

5.5.1总体分析结果

5.5.2拉杆预紧载荷对C形板变形的影响

5.6 小结

第六章全文总结与展望

附录

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要研究成果