6300KN多向液态模锻液压机机架热-结构耦合分析及其立柱的疲劳寿命研究

摘要

液态模锻是一种能够有效避免铸件气孔、缩孔、疏松等缺陷的优质、高效、节能、适应性广的现代制造工艺。由于其各方面的优越性，液态模锻工艺已在工业生产中得到广泛应用。液态模锻液压机是实现液态模锻工艺的基础设备，其刚度强度性能直接影响到整机的安全和产品的质量及生产效率，以往对液态模锻液压机机架的设计和研究常是在单独考虑力载荷的情况下进行的，但在实际工作过程中，具有温度的模具不可避免地对机架产生一定的热影响，使机架产生热应力和热变形。
　　本文以6300KN多向液态模锻液压机为研究对象，采用Solidworks和ANSYSWorkbench软件，对极限热源、满载工况下的液态模锻液压机机架进行了热-结构耦合分析，得到了机架的温度场和应力变形场分布情况，对机架进行了刚度强度校核，并与机架的结构静力分析结果进行对比分析，发现在同时考虑热载荷和力载荷的情况下，液压机机架不能满足刚度要求，说明在设计和研究液态模锻机机架时考虑热影响的必要性。
　　本文对影响机架应力变形的热因素和结构因素进行了研究，发现隔热板厚度和活动横梁结构对机架最大变形值的影响比较显著，在此基础上，提出合理的改进方案，使机架满足刚度强度要求，并对影响活动横梁导向正确性的立柱-动梁导套间的侧隙在不同偏心距下进行了研究，为活动横梁立柱孔的设计和活动横梁的安装提供了一定指导。
　　液态模锻液压机经常承受多次反复加载及卸载，后者会引起剧烈的振动与晃动，立柱容易发生高周疲劳，故本文在对改进后机架进行热-结构耦合分析的基础上，对立柱进行了疲劳寿命分析，得到立柱在考虑力载荷和热载荷时满足疲劳寿命和疲劳强度要求，并为立柱的实际使用寿命提供预测。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景

1．2 研究现状

1．2．1 液锻工艺及液锻机的国内外研究现状

1．2．2 液态模锻液压机机机身结构的设计及分析研究现状

1．2．3 热-结构耦合研究现状

1．3 课题主要研究内容

1．4 技术路线

第2章 热-结构耦合分析的理论基础

2．1 热传导计算

2．1．1 傅里叶定律

2．1．2 热传导基本方程推导

2．1．3 热传导边值条件

2．1．4 热传导问题的分离变量法

2．2 热弹性理论

2．2．1 热应力的广义胡克定律

2．2．2 热弹性力学的平衡微分方程推导

2．3 热-结构耦合场分析的实现方法

2．3．1 顺序分析方法

2．3．2 直接耦合方法

2．3．3 两种方法的比较

2．4 本章小结

第3章 液压机机身的热-结构耦合分析

3．1 6300KN多向液态模锻液压机概述

3．1．1 6300KN多向液态模锻液压机的主要参数

3．2．2 6300KN多向液态模锻液压机的特点

3．2 多向液态模锻液压机机身有限元模型的建立

3．2．1 建模基本方法的选择

3．2．2 机身实体模型的建立

3．2．3 机身有限元模型的建立

3．3 机架稳态热分析

3．3．1 热载荷的施加及边界条件的设定

3．3．2 稳态热分析结果

3．4 热结构耦合分析

3．4．1 力载荷的施加

3．4．2 边界条件的设定

3．4．3 仿真结果分析

3．5 本章小结

第4章 热-结构耦合分析时机架相关因素的研究

4．1 热因素对液压机机架的影响

4．1．1 隔热板导热系数对液压机机架的影响

4．1．2 隔热板面积对液压机机架的影响

4．1．3 隔热板厚度对液压机机架的影响

4．2 下横梁对机架的影响

4．2．1 下横梁与侧横梁连结方式

4．2．2 下横梁结构的改进对机架的影晌

4．3 活动横梁结构改进

4．4 立柱-动梁导套侧隙分析

4．4．1 立柱-动梁导套预置侧隙大小问题的提出

4．4．2 侧隙计算设置方案

4．4．3 计算结果与分析

4．5 本章小结

第5章 考虑热载荷时液压机立柱的疲劳寿命分析

5．1 疲劳分析基本理论

5．1．1 疲劳破坏的机理

5．1．2 疲劳分析方法

5．1．3 疲劳S-N曲线

5．1．4 疲劳累计损伤理论

5．2 立柱与上下横梁的连结

5．3 液压机立柱失效形式

5．4 液锻机立柱疲劳寿命分析

5．4．1 立柱疲劳分析前处理

5．4．2 立柱疲劳强度仿真分析结果

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果