模 座 静 力 有 限 元 分 析 及 结 构 改 进重庆大学机械传动国家重点实验室二一二年七月十日模 座 静 力 有 限 元 分 析 及 结 构 改 进林腾蛟 何泽银重庆大学机械传动国家重点实验室二一二年七月十日I目 录1 概 述 .11.1 模座结构及计算工况 .11.2 课题的主要研究内容 .12 极限工况下模座静力有限元分析 .22.1 模座原始结构的静力有限元分析 .22.1.1 修改三维实体模型 .22.1.2 静力有限元分析模型 .32.1.3 分析结果 .42.2 模座改进方案一的静力有限元分析 .52.2.1 修改三维实体模型 .52.2.2 静力有限元分析模型 .62.2.3 分析结果 .62.3 模座改进方案二的静力有限元分析 .82.3.1 修改三维实体模型 .82.3.2 静力有限元分析模型 .92.3.3 分析结果 .92.4 模座改进方案三的静力有限元分析 .112.4.1 修改三维实体模型 .112.4.2 静力有限元分析模型 .112.4.3 分析结果 .122.5 模座改进方案三的接触有限元分析 .142.5.1 接触有限元分析模型 .142.5.2 分析结果 .143 结 论 .1811 概 述为了提高模座的设计水平，重庆纳川重型机械有限公司与重庆大学机械传动国家重点实验室合作对模座的静力学性能进行仿真分析，并对其结构进行改进，为产品设计提供可靠保证，以满足用户要求。1.1 模座结构及计算工况图 1.1 给出了模座原始结构的三维实体模型，表 1.1表 1.2 分别给出了模座的计算工况及主要部件的材料参数。本报告针对极限工况进行计算和分析。图 1.1 模座原始结构的三维实体模型表 1.1 模座的计算工况额定工况 液压缸推力 120 t极限工况 液压缸推力 150 t表 1.2 模座的主要部件材料参数主要部件 材料 弹性模量(GPa) 泊松比 密度 (kg/m3) 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa)型钢 20 206 0.3 7850 410 245销轴、轴套 45 206 0.3 7850 355 600其它 Q235 206 0.3 7850 235 3701.2 课题的主要研究内容(1) 建立模座三维实体模型；(2) 模座原始结构有限元建模及静力有限元分析；(3) 模座结构改进设计，改进结构静力有限元建模及分析；(4) 模座改进结构三维接触有限元建模及静力学性能分析。22 极限工况下模座静力有限元分析本章对极限工况（即液压缸输出 150 t 的力）下模座进行静力有限元分析，研究模座的刚度与强度，通过对仿真结果进行分析，提出改进方案，并进行重分析。2.1 模座原始结构的静力有限元分析2.1.1 修改三维实体模型由于在 UG 中建立的三维实体模型无法直接在 ANSYS 中进行静力有限元分析，为了更好地对模座进行静力有限元分析，需对模座三维实体模型做部分修改，主要修改之处包括如下几个方面：(1) 对模型中右边固定板中的筋板与矩管进行修改，如图 2.1 所示；图 2.1 修改右边固定板(2) 模座顶部销轴尺寸，由 70 改为 80，如图 2.2 所示；图 2.2 修改模座顶部销轴尺寸3(3) 模型中存在多处薄片，如图 2.3 所示，将其去除。图 2.3 修改模型中的多处薄片图 2.4 给出了修改后模座的实体模型，主要由转动板、固定板、移动板、底板以及凹凸模组成。图.2.4 修改后实体模型2.1.2 静力有限元分析模型采用 8 节点 Solid45 单元对模座进行有限元网格划分，其中节点数为 153843 个，单元数为 601701个。图 2.5 给出了模座原始结构的静力有限元分析模型，边界条件为：(1) 底座零位移约束；(2) 液压缸处施加 150 t 的力。图 2.5 模座原始结构的静力有限元分析模型42.1.3 分析结果图 2.6 给出了模座原始结构的 X、Y 、Z 向位移云图以及综合位移云图。图 2.7 给出了模座原始结构的等效应力云图。图中位移单位为 m，应力单位为 Pa，以下同。(a) X 向(b) Y 向(c) Z 向5(d) 综合图 2.6 模座原始结构的位移云图图 2.7 模座原始结构的等效应力云图由分析结果可知，模座原始结构的综合位移最大值为 0.63 mm，出现在右边固定板处；X 向位移较小，最大值仅有 0.04 mm；Y 向位移的最大值为 0.61 mm，出现在模座顶部销轴处；Z 向位移的最大值为 0.63 mm，其中凹凸模处 Z 向位移的最大值为 0.28 mm；模座等效应力最大值出现在固定板型钢处，为 179 MPa，小于型钢的屈服强度 410 MPa。2.2 模座改进方案一的静力有限元分析2.2.1 修改三维实体模型通过对模座原始结构的静力有限元分析，提出如下改进方案：(1) 模座顶部固定臂与固定臂座连接销子由 8