1.幾何模型
矯直機(jī)機(jī)架是實(shí)體框架組合結(jié)構(gòu)，是由底座、立柱、上橫梁、拉桿、螺母組成的預(yù)緊結(jié)構(gòu)。該矯直機(jī)機(jī)架是具有雙軸對(duì)稱的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。預(yù)緊時(shí)，機(jī)架的受力也具有雙軸對(duì)稱性，因而對(duì)機(jī)架進(jìn)行預(yù)緊狀態(tài)的有限元分析時(shí)，只取其四分之一結(jié)構(gòu)，建立有限元模型。在矯直狀態(tài)時(shí)，其受力只是單軸對(duì)稱，此時(shí)，則取機(jī)架的半結(jié)構(gòu)建立有限元模型，經(jīng)過(guò)必要的簡(jiǎn)化處理，得到矯直機(jī)機(jī)架半結(jié)構(gòu)的有限無(wú)幾何模型，其上橫梁的球面承載面簡(jiǎn)化成圓平面。
2.有限元力學(xué)模型
采用專用有限元分析軟件對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和添加邊界條件。
進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，由人工控制單元邊長(zhǎng)，采用四節(jié)點(diǎn)四面體單元，自動(dòng)劃分有限元網(wǎng)格。取1/4結(jié)構(gòu)劃分好有限元網(wǎng)格，準(zhǔn)備預(yù)緊狀態(tài)下用。矯直狀態(tài)時(shí)，將1/4機(jī)架結(jié)構(gòu)連同有限元網(wǎng)格一起鏡向，得到機(jī)架半結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格模型，這樣就了機(jī)架結(jié)構(gòu)和有限元網(wǎng)格的對(duì)稱性。
有限元網(wǎng)格劃分完成后，設(shè)置如下邊界條件形成有限元力學(xué)模型。
3.預(yù)緊狀態(tài)的應(yīng)力
預(yù)緊狀態(tài)下，機(jī)架的應(yīng)力主要表現(xiàn)為拉桿上的拉應(yīng)力和立柱及上、下橫梁的壓應(yīng)力。
由對(duì)原結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：
(1)僅在預(yù)緊力作用下，機(jī)架強(qiáng)度是足夠的。
(2)在矯直狀態(tài)時(shí)，立柱壓應(yīng)力降低，但仍保持負(fù)值，說(shuō)明其螺桿預(yù)緊力是足夠的(1277.4t/根)。上橫梁端面應(yīng)力升高等效應(yīng)力很接近材料的屈服極限，可適當(dāng)加厚該板的厚度。底座應(yīng)力值較小。
(3)從變形情況來(lái)看，底座變形較大，且存在板自身的彎曲。
由此可見矯直機(jī)架的結(jié)構(gòu)不夠合理，有必要進(jìn)行優(yōu)化。
4.結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路及步驟
前面提到上橫梁端面應(yīng)力值很接近材料的屈服極限，而底座應(yīng)力值較小，并且高應(yīng)力區(qū)只在很小的局部。因此，首先考慮改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布狀況和應(yīng)力值水平，在結(jié)構(gòu)應(yīng)力合理的情況下，再來(lái)調(diào)整結(jié)構(gòu)、改善機(jī)架剛度。
5.應(yīng)力結(jié)果
預(yù)緊狀態(tài)下，機(jī)架的應(yīng)力分布與原結(jié)構(gòu)基本相同，但其壓應(yīng)力值較原結(jié)構(gòu)大大降低。對(duì)比分析結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：
(1)結(jié)構(gòu)調(diào)整后，機(jī)架應(yīng)力得到了改善，機(jī)架強(qiáng)度足夠，螺桿預(yù)緊力也是足夠的。
(2)但是機(jī)架剛度有較大程度降低，從機(jī)架的約束和變形情況看，機(jī)架底座的變形是引起機(jī)架剛度降低的主要原因，但底座的應(yīng)力值并不高，其變形較大是主要由于結(jié)構(gòu)形式引起的。因此，要改善機(jī)架剛度，應(yīng)調(diào)整機(jī)架底座的結(jié)構(gòu)形式。有效的辦法是將底座的開口結(jié)構(gòu)變成箱形結(jié)構(gòu)并適當(dāng)加筋。
從預(yù)緊時(shí)的情況來(lái)看，機(jī)架的變形情況基本相同，這是因?yàn)轭A(yù)緊時(shí)，機(jī)架的變形主要是立柱及其相鄰件的壓縮變形，而遠(yuǎn)離立柱部分的卻很小。(圖/文www.ncwanke.cn)