在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结构

摘要

一种在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结构，包括液压机下横梁，还设置有用于支撑液压机下横梁的多个拉伸圆柱，拉伸圆柱的一端固定在液压机下横梁的底面，拉伸圆柱的另一端被固定在地面上。多个拉伸圆柱是通过焊接而固定在下横梁的底面。多个拉伸圆柱的长度与液压机实际工况中用于固定液压机下横梁的地角螺栓的长度相同。多个拉伸圆柱的直径与液压机实际工况中用于固定液压机下横梁的地角螺栓的直径相同。本发明，在有限元分析中，减小由于局部结构的突变而产生的应力集中现象，能够更加准确的计算出液压机的受力情况，更加贴近液压机的实际状况，简化模型，同时计算时间也得到了极大的缩短。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对液压机模型进行约束的结构。特别是涉及一种建模结果能够更加接 近液压机的实际工况的在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结构。

背景技术

由于液压机结构复杂，难以全面、准确的计算出液压机各部位的应力、应变情况。 有限元法作为新型的计算液压机受力的方法，已经在液压机领域普遍得到应用。然而有限 元法在实际应用中对使用者的要求很高，特别是在模型建立和优化上。对模型错误的建模、 加载和约束不但不能得出正确的结果，还会由于多次的模型试验性的改进而无辜的浪费大 量的时间和精力。如图1所示，液压机实际工况中约束方法为：将基础预埋件3提前浇注 在基础4中；将地角螺栓2安装在基础预埋件3对应的位置；安装液压机的下横梁1，并 将地角螺栓2中的螺母拧紧。由于液压机结构复杂，如果全面的考虑实际工况中各处的影 响，会极大的增加有限元分析时的计算量，耗费大量的时间。故将实际中的基础4和基础 预埋件3等进行省去，并以同等效果的新的约束来代替。

如图2所示，目前有限元法中所采用的约束方法，是将下横梁1直接与地面接触， 相当于两端固定约束，这种约束方法与液压机的实际工况相差较远，所以得出的计算结果 失真。

因此在做有限元项目分析时，如何找到一种与液压机实际工况相接近的建模方法， 已成为燃眉之急。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在液压机有限元分析中不但能够简化模型、 缩短计算时间，而且，得出的结果能够避免由于人为因素对模型简化而产生的结果失真， 更加接近液压机的实际工况的在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结构。

本发明所采用的技术方案是：一种在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结 构，包括液压机下横梁，还设置有用于支撑液压机下横梁的多个拉伸圆柱，所述拉伸圆柱 的一端固定在液压机下横梁的底面，拉伸圆柱的另一端被固定在地面上。

所述的多个拉伸圆柱是通过焊接而固定在下横梁的底面。

所述的多个拉伸圆柱的长度与液压机实际工况中用于固定液压机下横梁的地角螺栓 的长度相同。

所述的多个拉伸圆柱的直径与液压机实际工况中用于固定液压机下横梁的地角螺栓 的直径相同。

本发明提到的在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结构，首先对模型进行简 化，以缩短计算时间。然后对约束进行优化，根据液压机实际的受力工况，建立新的模型 约束结构，最后再进行分析。本发明的在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结构， 在有限元分析中，减小由于局部结构的突变而产生的应力集中现象，能够更加准确的计算 出液压机的受力情况，更加贴近液压机的实际状况，简化模型，同时计算时间也得到了极 大的缩短。

附图说明

图1是液压机实际工况下的约束情况；

图2是传统有限元法中的约束方法；

图3是本发明中的约束结构；

图4是采用传统有限元法计算结果的应力效果图；

图5是采用本发明的有限元法计算结果的应力效果图。

图中：

1-液压机下横梁；2-地角螺栓；3-基础预埋件；4-液压机基础；5-拉伸圆柱。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结 构做出详细说明。

本发明就是针对现有技术的情况，在有限元分析中的模型约束领域进行了全新的结构 开发。不但能够简化模型、缩短计算时间，最重要的是，得出的结果能够更加接近液压机 的实际工况。因此，本发明的在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结构，是从以 下两个方面考虑：

1、模型简化。主要是指建模时，对约束部分的结构简化，以缩短计算时间，减小由 于局部结构的突变而产生的应力集中现象。

2、约束优化。根据液压机实际的受力工况，建立新的模型约束结构，并进行应力、 应变、模态等方面的分析。

如图3所示，本发明的在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结构，包括液压 机下横梁1，还设置有用于支撑液压机下横梁1的多个拉伸圆柱5，所述拉伸圆柱5的一 端固定在液压机下横梁1的底面，拉伸圆柱5的另一端被固定在地面上。其中，所述的多 个拉伸圆柱5是通过焊接而固定在下横梁1的底面。所述的多个拉伸圆柱5的长度与液压 机实际工况中用于固定液压机下横梁1的地角螺栓的长度相同。所述的多个拉伸圆柱5的 直径与液压机实际工况中用于固定液压机下横梁1的地角螺栓的直径相同。

本发明的在有限元分析中对液压机模型进行约束的优化结构，如图3所示，首先， 省去基础4和基础预埋件3；然后对下梁进行改动，方式如下：在下横梁1的原地角螺栓 2处位置焊接拉伸圆柱(在三维模型中的拉伸圆柱)，拉伸圆柱的直径与图1中所示的原 地角螺栓2的直径保持一致，长度与图1中所示的原地角螺栓2的长度保持一致；最后约 束拉伸圆柱5的下端面，将其设定为固定约束，其效果等同于有限元法中的“软弹簧”约 束。然后再进行应力、应变、模态等方面的分析计算。

图2中的约束相当于两端固定约束，此时下横梁1弯曲应力计算公式为：

$\sigma =\frac{\mathrm{PL}\times h}{4J}$

式中：P为作用于下横梁上的公称力；L为两个固定约束处的间距；h为下横梁中性 层至上下两端面的最大间距；J为下横梁的惯性矩。

而图3中的“软弹簧”，近似于两端铰接约束，更加贴近液压机的实际工况。因此 能够更加准确的计算出液压机的应力、应变等结果。此时下横梁1弯曲应力计算公式为：

$\sigma =\frac{\mathrm{PL}\times h}{8J}$

式中：P为作用于下横梁上的公称力；L为两个固定约束处的间距；h为下横梁中性 层至上下两端面的最大间距；J为下横梁的惯性矩。

通过对比可以看出，二者计算出的弯曲应力相差2倍。同理在有限元分析中，在两 种不同的约束情况下，其计算结果也相差甚大。按图2的约束方法计算结果的效果详见图 4所示，按图3的约束方法计算结果的效果详见图5。

由图4、图5的对比可见，采用了本发明的在有限元分析中对液压机模型进行约束的 优化结构，更能准确的反映液压机实际工况下的受力情况。