（機(jī)械電子工程專業(yè)論文）jcl3×1800液壓剪板機(jī)有限元分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn).pdfVIP

濟(jì)南足學(xué)碩f 1 學(xué)位論文 摘要 開卷線上的液壓剪板機(jī)是板料生產(chǎn)中重要的設(shè)備之一 其工作狀況好壞直接影 響到整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力及生產(chǎn)效率 隨著板料數(shù)量和質(zhì)量需求的不斷增加 剪 板機(jī)的研究和分析對提高板料的質(zhì)量和效率都有重要意義 j c l 3 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)是由濟(jì)南鍛壓機(jī)械研究所中研發(fā)的 此剪板機(jī)根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 提出設(shè)計(jì)方案 因此可能出現(xiàn)了重量過大 關(guān)鍵部位強(qiáng)度 剛度不夠等問題 本課 題正是由j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)的強(qiáng)度和剛度問題提出并完成分析 進(jìn)而根據(jù)結(jié)果 對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn) 使其結(jié)構(gòu)更加緊湊合理 本文以j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)為研究對象 以有限元法的基本理論為基礎(chǔ) 采 用有限元軟件a n s y s 開展刀架和機(jī)架的分析 并以有限元分析的結(jié)果為依據(jù)對機(jī) 架和刀架進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn) 分析影響剪切質(zhì)量的因素 利用正交試驗(yàn)方法分析各個(gè)因 素對剪切質(zhì)量的影響規(guī)律 目前 剪板機(jī)上的剪切力大多還是按均布載荷來施加并進(jìn)行分析的 這種旌加 方式一定程度上可以反映剪板機(jī)整體受力情況 但是這只是一種理想的計(jì)算方法 會忽略了剪切力的移動性 它的計(jì)算結(jié)果不能夠全面 準(zhǔn)確的反應(yīng)機(jī)架和刀架的真 實(shí)受力情況 針對以上問題 本文的主要研究內(nèi)容有 第一 分析三個(gè)常用剪切力的計(jì)算公式 通過對比分析 選擇b b 諾薩里公式 計(jì)算j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)剪切力 采用三維造型軟件s o l i dw o r k s 建立刀架的有 限元分析模型 經(jīng)過網(wǎng)格劃分 求解計(jì)算 得到刀架在均布載荷和移動載荷作用下 各個(gè)信息 并對兩種載荷下的刀架的變形 等效應(yīng)力和等效應(yīng)變進(jìn)行了對比 驗(yàn)證 了利用移動載荷對刀架施加剪切力的可行性和適用性 第二 建立了j c l 3 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)機(jī)架的有限元分析模型 根據(jù)機(jī)架受力的 特性 得到機(jī)架在移動載荷作用下機(jī)架的變形 等效應(yīng)力和等效應(yīng)變等信息 為結(jié) 構(gòu)改進(jìn)提供依據(jù) 第三 以j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)的刀架和機(jī)架進(jìn)行數(shù)值模擬的結(jié)果為基礎(chǔ) 提 出改進(jìn)方案 并分別進(jìn)行了分析 對比選擇了較優(yōu)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案 使剪板機(jī)在滿足 約束條件下的重量得以減輕 j c i 3 1 8 0 0 液匿剪扳機(jī)有限元分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn) 第四 建立了剪切件剪切質(zhì)量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 利用正交試驗(yàn)的原理 確定影響剪 切件剪切質(zhì)量的三個(gè)主要因素進(jìn)行了分析 剪切間隙 剪切角 剪切尺寸 并制定 了因素水平 在斜刀片剪板機(jī)上 利用正交表進(jìn)行分組試驗(yàn) 通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 得到了三個(gè)因素影響剪切件平整度和毛刺高度的主次順序 總結(jié)個(gè)因素對剪切質(zhì)量 的影響規(guī)律 綜上所述 本文所作的研究工作 可以為剪板機(jī)的設(shè)計(jì) 有限元分析 結(jié)構(gòu)改 進(jìn)等提供參考 并對于提高剪切件的剪切質(zhì)量和指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)具有工程應(yīng)用價(jià)值 關(guān)鍵詞 剪板機(jī) 刀架 機(jī)架 有限元分析 剪切質(zhì)量 i l 濟(jì)南 學(xué)碩十二學(xué)f t 論文 a b s t r a c t h y d r a u l i cs h e a ri nt h ec u t t o l e n g t hl i n ei sa l le s s e n t i a le q u i p m e n ti nt h ep r o d u c eo f m e t a ls h e e t t h ew o r k i n gc o n d i t i o n sw i l li m m e d i a t e l yi n f l u e n c et h ep r o d u c t i v ec a p a c i t ya n d w o r ke f f i c i e n c yo ft h ew h o l ep r o d u c t i o nl i n e w i t ht h ei n c r e a s i n gd e m a n do ft h en u m b e r a n dq u a l i t yo fs h e e ti ni n d u s t r y r e s e a r c ha n da n a l y s i so fs h e a r sa r eo fg r e a ti m p o r t a n c et o t h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo fs h e e tp r o d u c t i o n t h ej c l 3 18 0 0h y d r a u l i cs h e a rw a sd e s i g n e da n dd e v e l o p e db yj i n a nf o u n d r y m e t a lf o r m i n gm a c h i n e r yr e s e a r c hi n s t i t u t e t h ed e s i g ns c h e m eo ft h i sh y d r a u l i cs h e a r s w a sb a s e do ne x p e r i e n c e n o tt h r o u g ht h ec h e c kt e s t w h i c hi sr e s u l t i n gi ns o m ep r o b l e m s s u c ha st o om u c hm a s so fm a c h i n eb o d y n o ts u f f i c i e n tr e s e v a t i o no fs t r e n g t ha n ds t i f f n e s s o fk e yb o d yp a r t s t h i ss u b j e c to ft h i sp a p e ri se x t r a c t e da n dc a r r i e do u tt h ea n a l y s i sd u et o t h es t r e n g t ha n ds t i f f n e s so fj c l 3x18 0 0h y d r a u l i cs h e a r i nt h i sp a p e r n u m e r i c a ls i m u l a t i o n a n a l y s i si s c a r r i e do u tt ot h ej c l 一3x18 0 0 h y d r a u l i cs h e a rb yu s i n gt h ef e mc o d eo fa n s y s b o t ht o o lc a r r i e ra n df r a m ea r ed e e p l y i n v e s t i g a t e do nt h eb a s i ct h e o r yo ff i n i t ee l e m e n tm e t h o d t h es t r u c t u r a li m p r o v e m e n t so f t o o lc a r r i e ra n df l a m ea r eb a s e do nt h er e s u l t so ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s t h ep r i n c i p l eo f o r t h o g o n a le x p e r i m e n ti sa d o p t e dt oa n a l y s et h ef a c t o r sw h i c hi m p a c tt h eq u a l i t yo f s h e a r i n gs p e c i m e n s u pt on o w s h e a r i n gf o r c ei sn o m a l l ys u p p o s e da su n i f o r m l yd i s t r i b u t e dl o a d w h i c h c a nr e f l e c tt h es t r e s so fs h e a r si nag r e a tl e v e la l t h o u g ht h i si sa ni d e a lc a l c u l a t em e t h o d b u tt h er e s u l t so fc a l c u l a t ec a n tr e f l e c tt h et r u es t r e s so ft h ec u r e rc a r r i e ra n df r a m e e x a c t l ya n dc o m p r e h e n s i v e l y i nv i e wo ft h ea b o v e p r o b l e m s t h em a i nr e s e a r c ho ft h i sp a p e ri n c l u d e s f i r s t l y t h et h r e e 仔e q u e n t l ya d o p t e dc a l c u l a t i o nf o r m u l a so fs h e a r i n gf o r c ea r e a n a l y s e da n dc o n t r a s t e d t h eb b h o c a s a bf o r m u l ai sc h o o s e di nt h ef i n i t ee l e m e n t a n a l y s i so fj c l 3 x18 0 0h y d r a u l i cs h e a r s o l i dw o r k ss o f t w a r ei su s e dt od ot h em o d e l i n g o ft h es h e a rs t r e s s a n dt h em o d e l i n gd a t di s i m p o r t e dt oa n s y s t h ed i s t r i b u t i o n so f s t r e s s s t r a i na n dd e f o r m m i o no ft h et o o lc a r t i e ra r eo b t a i n e db ys u p p o s i n gb o t hu n i f o r m l y d i s t r i b u t e da n dm o v i n gs h e a r i n gf o r c e c o m p a r i s o nw i t ht h ea b o v et w os i t u a t i o n sa r e i i i j c i 3y1 8 0 0 液壓剪板機(jī)有限無分析及結(jié)構(gòu)改逍 c a r r i e do u ti nt e r mo fd e f o r m a t i o n e q u i v a l e n ts t r e s sa n ds t r a i no ft h et o o lc a r t i e r r e s u l t s s h o wt h a tt h em o v i n gs h e a r i n gf o r c ea s s u m p t i o ni sm o r ef e a s i b l ea n dr e l i a b l e s e c o n d l y t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sm o d e lo fj c l 3 x18 0 0h y d r a u l i cs h e a r sf r a m ei s e s t a b l i s h e d e q u i v a l e n ts t r e s sa n ds t r a i no ft h ef r a m eu n d e rt h ea c t i o no fm o v i n gs h e a r i n g f o r c ea r eo b t a i n e d w h i c ha r et h eb a s i st oi m p r o v et h es t r u c t u r eo fj c l 一3x18 0 0h y d r a u l i c s h e a r t h i r d l y s t r u c t u r a li m p r o v e m e n to fj c l 一3x18 0 0h y d r a u l i cs h e a ra r ec a r r i e do u tb y u s i n gt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d s i xi m p r o v e m e n td e s i g n so ft o o lc a r t i e ra n df r a m e a r ep u tf o r w a r da n dc o m p a r e db e t w e e ne a c ho t h e rb a s e do nt h er e s u l t so ff e ab yu s i n g a n s y s t h es h e a rs t r u c t u r ei m p r o v e m e n ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c ei nt h ed e s i g na n d p r o d u c t i o n f o u r t h l y t h ee v a l u a t i o nc r i t e r i ao fs h e a rq u a l i t yi sp u tf o r w a r d t h r e em a i nf a c t o r s i n f l u e n c i n gt h es h e a rq u a i i t yo fs p e c i m e n s s u c ha sc l e a r a n c e s h e a ra n g l ea n ds h e a rs i z e a r ei n v e s t i g a t e db a s e do nt h ep r i n c i p l eo fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t t h eg r o u pt e s ti sd o n eb y u t i l i z i n go r t h o g o n a le x p e r i m e n tt a b l e t h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r yf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c e t h es h e a rq u a l i t ya n dt h ei n f l u e n c er e g u l a r i t i e sa r eo b t a i n e d c o n c l u s i o n so ft h i s p a p e rw i l lb eo fg r e a ti m p o r t a n c et o t h ed e s i g na n ds t r u c t m e i m p r o m e n to fh y d r a u l i cs h e a r f e a p r o c e s so p t i m i z a t i o ni ni n d u s t r y k e yw o r d s h y d r a u l i cs h e a r c u t t e rc a r t i e r f r a m e f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s s h e a r q u a l i t y i v 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立 進(jìn)行研究所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論文不包含 任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果 對本文的研究作出 重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人完全意識到 本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān) 論文作者簽名 童l 夔墾 日 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 本人完全了解濟(jì)南大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意學(xué)校 保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論文被 查閱和借鑒 本人授權(quán)濟(jì)南大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入 有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文和 匯編本學(xué)位論文 保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 論文作者簽名 立監(jiān)導(dǎo)師簽名 絲日期 衛(wèi)3 竺 3 濟(jì)南 學(xué)碩f 學(xué)位論文 第一章緒論 剪板機(jī)是板料沿著寬度方向切成定尺寬度或者進(jìn)行切頭 切尾的設(shè)備 是開卷 線上的重要設(shè)備 其剪切行程次數(shù)在很大程度上決定了開卷線的生產(chǎn)效率 剪板 機(jī)的剪切效率直接影響生產(chǎn)能力能否充分發(fā)揮以及開卷線剪切流程的平衡 開卷線 包括開卷裝置 校平裝置 送料裝置 剪切裝置 垛料裝置 其中剪切裝置是開卷 線中的核心部位 直接影響著剪切件的質(zhì)量和加工精度f 2 羽 圖1 所示為開卷線 圖1 1 開卷線 1 開卷裝置2 校平裝置3 送料裝置4 剪切裝置5 堆垛裝置 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展 市場對板料的需求越來越大 同時(shí)對板料剪切質(zhì)量和 生產(chǎn)率的要求也越來越高 有關(guān)專家指出 預(yù)計(jì)2 0 年后我國僅汽車用板料的需求量即 將超過1 0 0 0 萬噸 4 o 目前 國內(nèi)外市場對開卷線的需求增加 對開卷線中的各項(xiàng)指標(biāo) 要求也越來越高 開卷線中的剪板機(jī)的強(qiáng)度和剛度要求較高 加工校平剪切設(shè)備水平低 會造成板料平整度差 斷面質(zhì)量低等問題 我國對剪 切件的生產(chǎn)和需求量不斷增加 因此對剪板機(jī)的精度要求要隨之增加 但是對于剪板 機(jī)的設(shè)計(jì)仍然以依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式 數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)為主 較保守的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)通常會導(dǎo)致 產(chǎn)品材料的浪費(fèi) 造成成本的增加 產(chǎn)品生產(chǎn)周期的增加 同時(shí)也會對剪切的精度產(chǎn) 生影響 因此這就需要對剪板機(jī)受力主體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析 1 1 剪板機(jī) 剪板機(jī)一般由機(jī)架 液壓缸 上下刀架 壓料裝置 后擋料裝置 刀片調(diào)整裝置 等部件組成 7 1 機(jī)架分為橫梁 立柱 工作臺等幾個(gè)部分 圖1 2 為j c l 3 1 8 0 0 液壓 j c l 3 1 8 0 0 液樂剪板機(jī)有限冗分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn) 剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 其主要技術(shù)參數(shù)如表1 1 所示 圖1 2j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1 液壓缸2 彈簧座3 導(dǎo)軌板4 壓料板5 液壓缸6 拉桿 7 下刀座8 9 1 0 導(dǎo)軌1 1 上刀座1 2 上刀片1 3 下刀片 表1 1 j c l 3 x18 0 0 液壓剪板機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 加工材質(zhì)的板厚板寬剪切長度剪切角重量 項(xiàng)目 強(qiáng)度極限 m p a m m m m m m o t 參數(shù) 1 8 0 0 液樂剪板機(jī)有限元分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn) 斜刀片剪切時(shí) 整個(gè)刀片與板料不是同時(shí)接觸 而是逐步切入 可以降低剪切力 板料在斜刀片剪板機(jī)上剪切時(shí) 刀片與板料接觸區(qū)的長度 是一條斜線b c 如圖1 4 所示 在穩(wěn)定剪切階段 接觸長度 b c 是一個(gè)常數(shù) 當(dāng)?shù)镀瑒偳腥氚辶?時(shí) 刀片與板料的接觸長度是變化 的 由零逐漸增大至b c 值 在剪切 結(jié)束時(shí) 其接觸長度則由b c 值逐漸 減小到零 由于刀片與板料接觸長 度b c 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于板料寬度 所以 斜 刀片剪板機(jī)剪切面積小 使剪切力圖1 4 斜刀片剪板機(jī)剪切板材簡圖 得以減小 很顯然 剪切力的大小 方向與刀片傾斜角度有關(guān) 圖1 4 表示了上刀片 布置成一定傾斜角度時(shí)的剪切過程 1 1 2 剪切原理 剪切過程分為壓入變形 剪切滑移和剪裂階段三個(gè)階段 剪切過程的實(shí)質(zhì)是金屬 塑性變形的過程 當(dāng)上刀片下移與板料接觸后 刀片便開始壓入板料 由于壓力在開 始階段比較小 在板料剪切斷面上產(chǎn)生的剪切力小于板料本身的抗剪強(qiáng)度 因此板料 只能發(fā)生局部塑性變形 故這一階段稱為壓入變形階段 隨著上刀片下移量增加 板 料壓入變形增大 壓力也不斷增加 當(dāng)上刀片壓入到 定深度 剪切過程開始由壓入 變形階段過渡到剪切滑移階段 當(dāng)剪切強(qiáng)度大于板料本身的抗剪強(qiáng)度時(shí) 板料沿著剪 切斷面產(chǎn)生相對滑移 開始真正剪切 在剪切滑移階段 由于剪切斷面不斷變小 剪 切應(yīng)力也不斷變小 直至板料的整個(gè)斷面被剪裂為止 完成一個(gè)剪切過程 如圖1 5 所示剪切原理圖中 當(dāng)上刀片壓入板料后 上下刀片對 板料的壓力戶形成力偶p 口 此力 矩會使板料產(chǎn)生轉(zhuǎn)動 但在板料轉(zhuǎn) 動過程中 將遇到刀片側(cè)面的阻 擋 即刀片側(cè)面給板料側(cè)推力丁 則上 下的側(cè)推力又構(gòu)成另一力偶 t c 阻止板料轉(zhuǎn)動 隨著上刀片的 逐漸壓入 板料轉(zhuǎn)動角度不斷增大 4 圖1 5 剪切原理 1 上刀片2 板料3 下刀片 濟(jì)南 學(xué)碩f 學(xué)位論文 曼 m 曼曼曼曼曼曼曼蔓量曼曼曼 曼曼曼蔓曼曼曼鼉曼皇皇曼曼曼曼曼曼皇量 當(dāng)轉(zhuǎn)過角度y 后便停止轉(zhuǎn)動 此時(shí)兩個(gè)力矩平衡 即 p a 丁r 1 1 假設(shè)在壓入變形階段 沿著面楓和o 5 z 取板寬為廳 上的單位壓力均勻分布且 相等 則 一p 三 1 2 x0 5 z 丁 p0 5 z p t a ny 1 3 式中 z 刀片壓入板料的深度 圖1 5 中的幾何關(guān)系中可以得到 剪切時(shí)板料的轉(zhuǎn)角 與刀片壓入深度2 的關(guān)系 2 t a n 27 c o s y 2 t a n 27 1 4 刀片的壓入深度2 越大 板料轉(zhuǎn)角y 也越大 會導(dǎo)致板料剪切質(zhì)量下降 板料剪斷 后 翹起的板料端部會對設(shè)備產(chǎn)生沖擊 由式 1 3 知 當(dāng)板料轉(zhuǎn)角 增大時(shí) 側(cè)推 力磁之增大 會使上刀架與機(jī)架的滑道磨損加劇 而且當(dāng)上下刀座的剛性較差時(shí) 還會改變刀片的間隙 造成剪切困難 為了減輕板料在剪切過程中轉(zhuǎn)動 一般會設(shè)置 壓料裝置 其作用是給板料壓力q 把板料緊緊壓在工作臺上 從而達(dá)到克服板料轉(zhuǎn) 動的目的 在刀片的壓入變形階段 板料作用在刀片的力為 p p b x p b 墮 1 5 設(shè)s 帶入式 1 5 得到 p p b h 4 0 5 e 1 6 式中 p 單位面積上的壓力 m p a b 板寬 衄 h 板厚 n u n g 相對切入深度 由式 1 6 可知 刀片壓入階段的單位壓力p 為常數(shù) 則總 壓j 3 p 隨壓入深度2 增 加 按拋物線增大 直到板料開始沿整個(gè)剪切斷面產(chǎn)生滑移時(shí) 尸達(dá)到最大值p m 戤 在剪切滑移階段 剪切力尸按下式計(jì)算 尸 文芻c o s z 7 j c l 3 18 0 0 液樂剪扳機(jī)有限冗分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn) 式中 r 板料單位面積上的剪切抗力 m p a 上述分析得出 剪切力隨壓入深度2 的增加而變化 當(dāng)剪切力尸為最大值后 板料 開始產(chǎn)生滑移 剪切力p 的值是同單位剪切抗力f 有關(guān) 單位剪切抗力數(shù)值的大小與 板料材質(zhì) 剪切溫度 剪切速度 剪刃形狀 剪切間隙及相對切入深度等因素有關(guān)陋1 2 1 1 3 剪切力 剪切力是合理設(shè)計(jì) 使用剪板機(jī)的主要參數(shù)之一 斜刀片剪板機(jī)的剪切力在板料 剪切過程中是變化的 斜刀片剪板機(jī)上的剪切過程與平行刀片剪板機(jī)主要不同之點(diǎn) 是 剪切時(shí)作用在刀片上的力不是以板料全部斷面來計(jì)算 1 3 在穩(wěn)定剪切時(shí) 剪切面 積只限于三角形a b c 面積內(nèi)陰影部分如圖1 6 所示 i 新 宅卜 一j 砌砌n c l 工力 圖1 6 斜刀片剪切幾何關(guān)系 斜刀片剪板機(jī)的剪切力計(jì)算方法有多種 板料剪切力的理論計(jì)算有經(jīng)典力學(xué)分析 法 滑移線法等 14 1 常用的剪切力的計(jì)算公式為 f l h r 1 8 式中 f 平行刀片剪切時(shí)的剪切力 n 上 板料的沖裁周邊長 n u n h 板厚 i m f 板料的抗剪強(qiáng)度 m p a 式 1 8 沒有考慮剪切角的影響 且精確度較低 而理論分析和生產(chǎn)實(shí)際都表 明 因此結(jié)果比實(shí)際值要大 特別是在計(jì)算厚板料的剪切力時(shí) 與實(shí)際值相差較大 1 5 h 2 r 2 t a n f o 1 9 式中 f 斜 斜刀片剪切時(shí)的剪切力 n 三 板料的沖裁周邊長 1 m h 板厚 n u n 6 濟(jì)虎大學(xué)預(yù)f 學(xué)位論文 f 板料的抗剪強(qiáng)度 m p a 矽 剪切角 o 七 與剪切角有關(guān)的系數(shù) k 0 2 4 6 式 1 9 考慮了剪切角的影響 但是當(dāng)剪切角矽 0 時(shí) 得到剪切力為無窮大 顯然不符合實(shí)際情況 未考慮與厚度有關(guān)的系數(shù) 在實(shí)際計(jì)算中對不同的材料需要通 過試驗(yàn)來確定與厚度有關(guān)的系數(shù) 1 6 17 1 目前常用b b 諾薩里計(jì)算公式進(jìn)行剪切力的計(jì)算 1 8 1 9 1 厶 m 6 艿而h 2 z 惡 i 1 匹 0 6 萬 1 0 6 y 2 x 1 1 0 式中 j 刀片的磨鈍系數(shù) o h 的穩(wěn)態(tài)剪切過程 式 1 1 0 考慮了斜刀片剪板機(jī)的總剪切力要比平行刀片剪板機(jī)的小 并且考慮 了斜刀片剪切包含基本剪切力 被剪下板料的彎曲抗力以及板料在剪切區(qū)變形的彎曲 抗力三個(gè)組成部分 計(jì)算比較準(zhǔn)確 1 2 剪板機(jī)的研究進(jìn)展 1 2 1 剪切理論和實(shí)驗(yàn)研究 近年來 國內(nèi)板料加工生產(chǎn)得到了長足的發(fā)展 同時(shí)對各種剪板機(jī)的要求也在不 7 j c l 一3 1 8 0 0 液阡明板 4 l 有 限幾分市斤及結(jié)構(gòu)改進(jìn) 斷的變化 國產(chǎn)剪板機(jī)水平接近了國外產(chǎn)品的技術(shù)性能 國內(nèi)生產(chǎn)剪板機(jī)的企業(yè)較多 江蘇亞威機(jī)床有限公司 天水鍛壓機(jī)床有限公司 濟(jì)南捷邁機(jī)械有限公司等企業(yè)進(jìn)行 剪板機(jī)的開發(fā)研究和生產(chǎn)都在逐步向國際主流方向靠攏 2 0 2 1 陳艷麗針對平行刀片剪板機(jī)剪切不同材質(zhì)的金屬板料 在改變剪切間隙以及有無 壓板的情況下 實(shí)測剪切鉛 鋁 鋼三種板料時(shí)的剪切力 并結(jié)合理論計(jì)算進(jìn)行了分 析比較 2 2 1 曹秋霞等分析了斜刀片剪切時(shí) 剪切角取不同值時(shí)剪切力的計(jì)算辦法 對 計(jì)算剪切力有一定的指導(dǎo)意義 2 3 1 燕山大學(xué)的秦泗吉通過理論分析和試驗(yàn)得到了影響 單位厚度上沖裁力的主要因素 沖裁力隨著板厚的增大而增大 但單位板厚上的沖裁 力則隨著板厚的增加而減小 同時(shí)在有限元模擬和實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上 提出了計(jì)算沖 裁力的新方法 對揭示剪切加工機(jī)理及正確確定沖裁力有理論和實(shí)際意義 2 牝5 1 1 2 2 有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化 1 刀架的分析 寧波大學(xué)的李國平利用有限元分析軟件a n s y s 對專用刀架進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析 求解載荷作用下引起的位移 應(yīng)力 通過應(yīng)力和位移變形圖 并且確定最大應(yīng)力最小 化為目標(biāo) 對初始設(shè)計(jì)的刀架進(jìn)行了三個(gè)尺寸的優(yōu)化 得出相對合理的結(jié)構(gòu)尺寸 2 6 王鳳輝等利用有限元軟件m a r c 對平行刀片剪板機(jī)剪切過程進(jìn)行了三維彈塑性大變 形仿真模擬 對剪板機(jī)的力能參數(shù)進(jìn)行了實(shí)際測試 并對其結(jié)果進(jìn)行比較 得到仿真 模擬結(jié)果與實(shí)際測試結(jié)果一致 2 7 1 劉曉剛通過建立剪板機(jī)刀刃的有限元法模型 分析 刀刃在剪切過程中的受力情況 利用a n s y s 軟件分析刀架的應(yīng)力狀況分布 并找出 最大危險(xiǎn)點(diǎn) 合理制定堆焊工藝 提高刀刃的使用壽命 2 8 上海理工大學(xué)的張文峰應(yīng) 用虛擬樣機(jī)技術(shù) 在a d a m s 中建立了擺式飛剪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)化模型 并通過 優(yōu)化工具d o t 采用序列線性規(guī)劃法對飛剪的剪切過程進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)優(yōu)化 提高了飛 剪剪切性能和板料的剪切質(zhì)量 2 9 2 機(jī)架的分析 同濟(jì)大學(xué)的王耀以寶鋼熱軋廠質(zhì)檢站的液壓擺式剪板機(jī)為對象 在s o l i dw o r k s 軟件中建立機(jī)架的三維模型 利用c o s m o sw o r k s 分析軟件對各部位的應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值 計(jì)算 找出薄弱環(huán)節(jié) 從受力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)兩方面優(yōu)化 為機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和確認(rèn)提供有 力的設(shè)計(jì)依據(jù) 通過分析比較結(jié)果得出有限元方法可靠性結(jié)論 3 0 1 王蘇安等針對2 5 噸曲柄連桿式飛剪機(jī)機(jī)架采用a l g o r 軟件對飛剪機(jī)機(jī)架進(jìn)行了有限元分析和強(qiáng)度研 究 得出了飛剪機(jī)機(jī)架的應(yīng)力應(yīng)變分布 找出了薄弱環(huán)節(jié) 并且對飛剪機(jī)架提出了改 r 濟(jì)市 學(xué)碩 學(xué)位論文 進(jìn)措施 以提高飛剪機(jī)的強(qiáng)度 3 1 1 上海交通大學(xué)的房樹峰利用有限元的軟件d e f o r m 對剪切加工過程進(jìn)行了模擬 對不同的工藝參數(shù)的模擬結(jié)果進(jìn)行對比 詳細(xì)地闡述了 不同的工藝參數(shù)對加工過程的影響 3 2 1 3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 在機(jī)架有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面 天津理工大學(xué)的周耀東采用有限元軟件 a n s y s 對t h p 3 4 y 2 0 0 0 液壓機(jī)機(jī)架剛度和強(qiáng)度進(jìn)行模擬分析 根據(jù)實(shí)際要求限制相應(yīng) 自由度 通過加載計(jì)算得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形的分布 并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化 改進(jìn) 提出了優(yōu)化方案并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算 改善了液壓機(jī)機(jī)身的動態(tài)特性 減小了機(jī)身 質(zhì)量 3 3 吉林大學(xué)的嚴(yán)光慶等針對c 型多點(diǎn)成形壓機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu) 建立了壓力機(jī)機(jī)身有 限元 利用優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)對相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸作了修正 提高了機(jī)架強(qiáng)度 剛度 降低 了機(jī)架的重量 3 4 5 1 東南大學(xué)的張祖芳通過對開式壓力機(jī)機(jī)身各部分的應(yīng)力和變形 開發(fā)了喉口處危險(xiǎn)截面進(jìn)行優(yōu)化的專用程序 根據(jù)分析結(jié)果和截面優(yōu)化 提出了基于 靜態(tài)結(jié)構(gòu)性能計(jì)算的機(jī)身優(yōu)化方案 提高了壓力機(jī)的工作精度p 6 1 沙洲工學(xué)院的王艷 輝在確定精密機(jī)床床身合理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上 利用有限元軟件a n s y s 提供的a p d l 參數(shù) 化設(shè)計(jì)語言和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 以床身的肋板布置和肋板厚度為設(shè)計(jì)參數(shù) 對床身進(jìn)行 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化 確定了床身結(jié)構(gòu)的合理參數(shù) 這樣提高了床身的動態(tài)性能 而 且節(jié)省了材料 降低了生產(chǎn)成本 3 7 1 4 剪切過程的數(shù)值模擬 美國 英國等國家研究了沖裁工藝中變形區(qū)域的應(yīng)力 應(yīng)變趨勢 研究各種了重 要參數(shù) 刃1 2 形狀 間隙 剪切線形狀等對應(yīng)力 應(yīng)變分布規(guī)律的影響 3 8 4 0 西班牙 的e r e a l 等通過實(shí)驗(yàn)及得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元分析對比分析了對于不銹鋼板的剪 切過程中的剪切力等 4 1 1 韓國釜山國際大學(xué)利用了a n s y s 分析了剪切過程的對不同 形狀 大小的板料在剪切過程的剪切力的情況 4 2 1 m p r a d e e pk u m a r 等利用有限元方 法對切削過程進(jìn)行了模擬 對剪切刀具的變形進(jìn)行了分析 得到了剪切過程中各個(gè)因 素對刀具的影響規(guī)律 4 3 1 2 3 剪切質(zhì)量的研究 西安重型機(jī)械研究所 4 4 4 5 1 華東冶金學(xué)院 4 6 4 8 1 鞍山鋼鐵學(xué)院 4 9 5 0 等單位也對剪 板機(jī)上的剪切力也作了研究 成功地實(shí)現(xiàn)了不同型號 不同材料的板料的剪切 提高 了生產(chǎn)率 改善了板料的剪切質(zhì)量 滿足了生產(chǎn)的需要 郭攀成等考慮了剪切間隙 磨損及板厚偏差等因素引起的剪切力變化 分析了目前斜刀片剪切時(shí)剪切力的計(jì)算方 q j c l 3 1 8 0 0 液j i e 9 1 霞f l 有 限兒j 于卞斤及結(jié)卞勾改進(jìn) 法 推導(dǎo)出更接近實(shí)際的計(jì)算公式并限定了適用范圍 5 1 陳曼龍等考慮到剪切間隙和 剪切角會隨著剪切過程進(jìn)行發(fā)生變化 在剪切力計(jì)算和刀架設(shè)計(jì)時(shí) 必須考慮到這一 情況而分別作適當(dāng)補(bǔ)償 改進(jìn) 推導(dǎo)出了擺式剪板機(jī)剪切間隙和剪切角的計(jì)算公式 并初步給出了補(bǔ)償意見和改進(jìn)方法 5 2 彤 安徽工業(yè)大學(xué)的余明等在工程力學(xué)和有限元 計(jì)算分析的基礎(chǔ)上 對剪板機(jī)進(jìn)行了綜合測試 為提高剪板機(jī)剪切力可行性提供了科 學(xué)依據(jù)i j 隨著理論分析和實(shí)驗(yàn)手段的提高 國外很多企業(yè)對剪切與沖裁加工問題做了研 究 得出了在塑性成形過程中 材料的韌性斷裂是主要約束因素之一 在解決板材剪 切和沖裁的研究中 美國的m i n gl i 對鋁板在剪切加工狀態(tài)下的裂紋擴(kuò)展情況和最終 形成的毛刺進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀測 并提出了剪切加工中無量綱參數(shù)的概念 5 5 5 6 1 s k m a i t i 等對o 1 l m m 的薄板料的剪切加工進(jìn)行了研究 得出了沖裁力 剪切間隙等幾個(gè)參 數(shù)對剪切過程的影響規(guī)律 5 7 德國的o j a c o b s 研究了對于熱塑性金屬薄板的剪切時(shí) 的剪切力和影響剪切力大小的因素 5 引 1 2 4 國外研究進(jìn)展 在國外 由于汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展 使得國外的市場對板料的需求越來越大 鋼 材的毛坯形式也已逐漸從板料過渡到卷料 橫剪線的應(yīng)用越來越普遍 橫剪生產(chǎn)線的 運(yùn)行線速度和剪切速度到達(dá)相當(dāng)高的水平 國外在經(jīng)過幾十年的對剪板機(jī)的研究和應(yīng) 用 已經(jīng)有了比較成熟的理論研究 應(yīng)用也已經(jīng)有了長足的發(fā)展 目前 國外對于剪板機(jī)的研究工作主要集中在美國 德國 法國等發(fā)達(dá)國家 這 些國家的研究人員對剪板機(jī)的開發(fā)和剪切力做了理論解析 實(shí)驗(yàn)研究和有限元數(shù)值模 擬 做了大量的工作 1 9 9 4 年美國的c a r u s o 等申請了一種剪板機(jī)的專利 這種剪板 機(jī)可以隨著鋼板的材料 規(guī)格調(diào)整最佳的剪切條件 這樣可以有效的提高剪切質(zhì)量 5 引 1 9 9 7 年美國的s u m i om o r i k a w a 等發(fā)明了一種剪板機(jī) 這種剪板機(jī)附加一個(gè)調(diào)節(jié)裝置 可以調(diào)節(jié)上下刀架 提高剪切精度 2 0 0 0 年德國l u c i a 等發(fā)明了一種可以剪切大 尺寸的剪板機(jī) 刀架是通過液壓油缸進(jìn)行驅(qū)動的這樣可以降低剪切時(shí)的負(fù)載 6 2 0 0 1 年美國a m a d a 公司的k a z u io g a s a w a r a 發(fā)明了通過偏一t l 軸帶動滑塊運(yùn)動 并帶有調(diào)節(jié) 裝置的剪板機(jī) 6 2 1 同年 法國a k r o s 公司研制的新一代c i c 系列連續(xù)進(jìn)料斜面式 剪板機(jī)是一種設(shè)計(jì)簡單而結(jié)實(shí)的金屬廢料剪板機(jī) 可降低處理廢料的成本 2 0 0 4 年 德國的d w o l d t 等采用低速回轉(zhuǎn)剪切的方式 減小了設(shè)備整體體積的大小 并分析了 影響剪板機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的因素 6 3 1 2 0 0 6 年德國s m s 迪馬格股份公司發(fā)明了一種可以剪 1 n 濟(jì)南7 j 學(xué)頸十學(xué)使論文 切特厚板材的剪板機(jī) 此剪板機(jī)設(shè)有一個(gè)借助于偏心輪驅(qū)動機(jī)構(gòu) 剪板機(jī)配有一個(gè)按 節(jié)拍使鋼板進(jìn)給預(yù)定長度 減少一個(gè)驅(qū)動器的形式的裝置 可以改善剪板機(jī)的穩(wěn)定性 和剪切質(zhì)量m 1 1 3 存在的問題 剪板機(jī)隨著工業(yè)自動化進(jìn)程的深入而得到越來越廣泛的應(yīng)用 但是 目前國內(nèi)大 部分剪板機(jī)還遵循著傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)規(guī)則 憑借著設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)來選擇設(shè)計(jì)參 數(shù) 并借助一些手冊 圖表 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及一些經(jīng)驗(yàn)公式來完成各種設(shè)計(jì) 這會造成剪 板機(jī)結(jié)構(gòu)本身存在很多的缺陷和不足之處 1 在實(shí)際的剪切板料過程中 影響剪切質(zhì)量的因素很多 但在現(xiàn)有的文獻(xiàn)資 料中 僅僅研究了某一種因素對板料剪切質(zhì)量的因素做了分析 還未對于影響其剪切 質(zhì)量的因素進(jìn)行綜合的分析 找到各個(gè)因素對剪切質(zhì)量的綜合影響規(guī)律 2 國內(nèi)外針對剪板機(jī)應(yīng)用開展了大量的工作 但是在對于斜刀片剪切的機(jī)架 和刀架的有限元分析過程中 剪切力大多還只是按照均布載荷施加 或者僅僅是對剪 切過程中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究 這樣會忽略了剪切力的移動特性 有限元分析的結(jié) 果也會存在一定的誤差 1 4 選題意義 在剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 由于機(jī)架構(gòu)件在幾何形狀 外載荷作用和約束條件等方 面的復(fù)雜性 僅依靠傳統(tǒng)的材料力學(xué)方法已難以對機(jī)架的各區(qū)域提供準(zhǔn)確的分析 不 能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 隨著有限元技術(shù)的發(fā)展 利用有限元方法分析機(jī)架的變形和 應(yīng)力分布狀態(tài) 找出其薄弱環(huán)節(jié) 進(jìn)而再進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)是一種有效的方法 目前對于 機(jī)架的有限元分析中 利用三維造型軟件 有限元軟件 優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)合得到 機(jī)架的剛度 強(qiáng)度分析結(jié)果 并且在研究中起到很大的指導(dǎo)作用 j c l 3 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)是由濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所設(shè)計(jì)開發(fā)的 此剪板機(jī)根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出設(shè)計(jì)方案 導(dǎo)致質(zhì)量過大 關(guān)鍵部位強(qiáng)度 剛度不夠 動態(tài)特性差等問題 因此對其進(jìn)行綜合性的分析勢在必行 隨著板料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 應(yīng)用水平的提高 剪切質(zhì)量的要求也越來越高 傳統(tǒng) 的剪切加工方式己不能滿足質(zhì)量的需要 本課題對影響剪板機(jī)加工中的各個(gè)因素進(jìn)行 分析 對剪切質(zhì)量的提高具有較大的實(shí)用和理論價(jià)值 j c l 3 1 8 0 0 液樂萌板 l 有限元分析及紹卡勾改進(jìn) 曼曼皇曼曼量 i m li i 薹 1 5 研究內(nèi)容 采用有限元分析軟件a n s y s 對j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)的機(jī)架和刀架進(jìn)行有限 元分析 這對于了解此液壓剪板機(jī)的結(jié)構(gòu) 進(jìn)而整體結(jié)構(gòu)改進(jìn) 以改善其性能 提高 剪切質(zhì)量具有重要意義 本課題的主要研究內(nèi)容有 1 剪切力是進(jìn)行有限元分析的基礎(chǔ) 通過分析常用的計(jì)算剪切力的經(jīng)驗(yàn)公式 選擇適合j c l 3 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)剪切力的計(jì)算公式 確定剪板機(jī)的各個(gè)參數(shù) 得到 剪切力 2 利用三維軟件s o l i dw o r k s 建立j c l 3 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)刀架和機(jī)架的實(shí)體模 型 將建立的模型經(jīng)p a r a s o l i d 數(shù)據(jù)格式導(dǎo)入有限元軟件a n s y s 環(huán)境中 劃分網(wǎng)格 求 解 后處理分析 利用a n s y s 提供的a p d l 語言施加移動載荷 分析刀架和機(jī)架的剛 度和強(qiáng)度 為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供依據(jù) 3 以j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)的刀架和機(jī)架有限元分析的結(jié)果為基礎(chǔ) 提出結(jié) 構(gòu)改進(jìn)的方案 并分別對各個(gè)方案進(jìn)行有限元分析 分析比較結(jié)構(gòu)改進(jìn)的結(jié)果 得到 液壓剪板機(jī)的改進(jìn)方案 4 建立板料剪切質(zhì)量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 利用正交試驗(yàn)的原理 在斜刀片剪板機(jī)上 進(jìn)行試驗(yàn) 分析剪切角 剪切間隙 剪切尺寸等因素對板料剪切質(zhì)量的影響 分析各 個(gè)因素對板料剪切質(zhì)量的影響規(guī)律 1 2 濟(jì)南大學(xué)項(xiàng) 學(xué)伊淪文 曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼皇蔓量 曼曼寰曼蔓曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼 曼曼曼 曼曼蔓曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼量曼量曼曼曼曼皇曼皇 i 一 ii 皇曼舅曼曼皇 第二章數(shù)值模擬理論基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)輔助工程c a e c o m p u t e r a i d e de n g i n e e r i n g 成為一種縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和降低開發(fā)費(fèi)用的有效手段 在許多行業(yè)中己成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造流程 中不可逾越的一種強(qiáng)制性的工藝規(guī)范 有限元數(shù)值模擬是c a e 技術(shù)的重要分析方法 之一 能夠在保證精度的前提下處理復(fù)雜的邊界條件和多種材料模型 預(yù)測材料內(nèi)部 的應(yīng)力 應(yīng)變分布以及工藝參數(shù)對模型的影響 現(xiàn)在不僅僅作為科學(xué)研究的一種手段 在生產(chǎn)實(shí)踐中也作為必備工具而得到普遍應(yīng)用 目前 國外上推出了一些大型通用程序和專業(yè)程序的商業(yè)有限元軟件 在使用這 些軟件解決工程問題時(shí) 需要對數(shù)值方法和有限元方面的知識有較深入和廣泛的了 解 本課題采用有限元法分析j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)的機(jī)架和刀架的剛度和強(qiáng)度 因 此本章針對此液壓剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 對靜力學(xué)有限元方法和單元選擇 網(wǎng)格的疏密 進(jìn)行闡述 2 1 有限元方法 有限元分析方法的基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化 用有限個(gè)容易分析的單元來表示復(fù) 雜的對象 單元之間通過有限個(gè)節(jié)點(diǎn)連接 根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解 單元的數(shù)目 是有限的 節(jié)點(diǎn)的數(shù)目也是有限的 所以稱為有限元法 f e m f i n i t ee l e m e n tm e t h o d o 一個(gè)典型的有限元優(yōu)化過程通常需要經(jīng)過前處理 求解 后處理三個(gè)步驟來完成 圖 2 1 為有限元分析的流程圖 建立有限無模型對結(jié)果進(jìn)行分析 一 上 千 定義單元 定義求解器及求解方程 j rt 定義材料屬性 定義求解類型 上 t l 定義單元?jiǎng)澐?l l 施加載荷和邊界條件 圖2 1 有限元分析流程圖 圖圉 j c l 3 18 0 0 液壓剪扳機(jī)有限元分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn) 目前流行的有限元分析軟件主要有n a s t r a n a d i n a a n s y s a b a q u s m a r c c o s m o s 等 a n s y s 有限元軟件具有強(qiáng)大而廣泛的分析功能 可廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)靜力學(xué)問題 能夠滿足本課題中對j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)的強(qiáng)度 剛度的模擬和結(jié)構(gòu)改進(jìn)的計(jì)算要 求 本課題采用三維造型軟件s o l i dw o r k s 對j c l 3 x 1 8 0 0 液壓剪板機(jī)進(jìn)行建模 a n s y s 提供c a d 導(dǎo)入接口 可以實(shí)現(xiàn)與s o l i dw o r k s 進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換 這樣彌補(bǔ)了a n s y s 建模的功能 2 2 靜力學(xué)有限元 靜力學(xué)有限元分析一般分為三大步驟 離散化 單元分析和整體分析 1 離散化 選擇單元類型 將分析的實(shí)體劃分成若干個(gè)單元 實(shí)際結(jié)構(gòu)單元 選擇 要依據(jù)結(jié)構(gòu)本身的形狀和受力情況而定 有限元方法的計(jì)算精度取決于劃分單 元的形狀 大小 多少以及分布情況等 劃分的單元越密集越能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的狀況 計(jì)算結(jié)果的精度就越高 但計(jì)算工作量會增大 2 單元分析 單元的力學(xué)分析在結(jié)構(gòu)離散化之后 主要目的以導(dǎo)出離散單元 的剛度矩陣 同 在小單元的區(qū)域內(nèi)采用多項(xiàng)式逼近 位移函數(shù)決定有限元解答的性 質(zhì)和近似程度 位移函數(shù)的選擇應(yīng)滿足有限元解的收斂 第一 單元內(nèi)位移函數(shù)必須 連續(xù) 相鄰單元公共邊界的位移必須協(xié)調(diào) 第二 位移函數(shù)必須能反映單元的剛度矩 陣 第三 位移函數(shù)必須反映單元的常量應(yīng)變 在選擇了單元類型和相應(yīng)的位移模式 后 按幾何方程 物理方程導(dǎo)出單元應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系表達(dá)式 建立單元節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn) 位移之間的關(guān)系 單元的剛度方程如式 2 1 舊 科 田 2 1 式中 用 n f 單元的載荷矩陣 q i 單元的剛度矩陣 萬p f 單元的位移矩陣 3 整體分析 整體分析是結(jié)構(gòu)作為由若干單元組成的離散結(jié)構(gòu)來分析 依據(jù) 所有的相鄰單元在公共節(jié)點(diǎn)上的位移相同和每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的節(jié)點(diǎn)分力與節(jié)點(diǎn)載荷保持 平衡這兩個(gè)原則 首先各單元?jiǎng)偠染仃嚱M集成整個(gè)結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣 q 其次把各 1 4 濟(jì)雨了 掌壩f 學(xué)位論義 單元的節(jié)點(diǎn)載荷組成總節(jié)點(diǎn)載荷向量 用 結(jié)合成各單元的總剛度矩陣 整體結(jié)構(gòu)的 總剛度方程為式 2 2 i f 墨曠r 蘭k o p k i a 2 2 式中 用 f 單元的載荷矩陣 豳 f 單元的剛度矩陣 萬卜一f 單元的位移矩陣 最后根據(jù)邊界條件 修正總剛度方程 對方程組進(jìn)行求解 得出各節(jié)點(diǎn)的位移值 并求取節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力 應(yīng)變 2 3 單元描述 為了方便用戶模擬工程實(shí)際中不同的結(jié)構(gòu) 有限元軟件a n s y s 的靜力學(xué)分析提供 了多種單元類型 如何選取恰當(dāng)?shù)膯卧愋褪怯邢拊治龅牡谝粋€(gè)關(guān)鍵問題 在選擇 單元時(shí) 要以全面反映結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性為前提 滿足計(jì)算精度要求的情況下 盡可能 選擇簡單的單元 以節(jié)約計(jì)算時(shí)間 2 3 1 單元描述 單元具有線性 二次和三次等形式 其中二次和三次形式的單元稱為高階單元 同一結(jié)構(gòu)可以采用不同階次的單元 選用高階單元可提高計(jì)算精度 因?yàn)楦唠A單元的 曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結(jié)構(gòu)的曲線和曲面邊界 且高次插值函數(shù)可更高精度 地逼近復(fù)雜場