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機(jī)架是連續(xù)擠壓機(jī)上的基礎(chǔ)部件，也是最重要的承載部件，連續(xù)擠壓機(jī)工作的主要部件(靴座、壓緊缸、壓實(shí)輪、刮刀、主軸等)都安裝于機(jī)架上，如圖所示。連續(xù)擠壓機(jī)工作時(shí)，擠壓輪帶動(dòng)坯料運(yùn)動(dòng)，壓實(shí)輪使坯料與擠壓輪的輪槽壁接觸，靴座(安裝了擋料塊、模具等)使坯料發(fā)生變形擠出產(chǎn)品，壓緊缸對靴座有固定作用。由此看出，承載各部件的機(jī)架是重要的受力原件，因而有必要對機(jī)架進(jìn)行強(qiáng)度分析和校核計(jì)算，以檢驗(yàn)原始設(shè)計(jì)是否滿足安全性要求。
ANSYS軟件是集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁場、聲場和禍合場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。用戶覆蓋機(jī)械、航空航天、能源、交通運(yùn)輸、土木工程、水利、電子、地礦、生物醫(yī)學(xué)，教學(xué)科研等眾多領(lǐng)域，是進(jìn)行國際國內(nèi)分析設(shè)計(jì)技術(shù)交流的主要分析平臺(tái)。結(jié)構(gòu)分析是ANSYS軟件最為普遍的應(yīng)用領(lǐng)域。本研究應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對某型連續(xù)擠壓機(jī)機(jī)架進(jìn)行強(qiáng)度分析，依據(jù)分析結(jié)果提出一種機(jī)架結(jié)構(gòu)改進(jìn)的方案并對其可行性進(jìn)行驗(yàn)證。
結(jié)構(gòu)分析的單元選擇是有限元計(jì)算中極其重要的問題。主要考慮結(jié)構(gòu)的受力特性，選擇原則是所選單元可以使計(jì)算精度高、收斂速度快、計(jì)算量小，同時(shí)單元類型應(yīng)對結(jié)構(gòu)的幾何形狀有良好的逼近，要真實(shí)反映結(jié)構(gòu)受力狀況。連續(xù)擠壓機(jī)機(jī)架由鋼板焊接在一起，除與底座連接的螺釘孔(一側(cè)4個(gè)、一側(cè)3個(gè))外，其余部分是對稱結(jié)構(gòu)。由于機(jī)架不同部位的板厚不同、體積較大且為空間不規(guī)則幾何體，選用具二次方位移并能很好劃分不規(guī)則網(wǎng)格的十節(jié)點(diǎn)SOLID92單元。此單元由十個(gè)點(diǎn)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度：節(jié)點(diǎn)x，y和z方向位移，并且單元有可塑性、蠕動(dòng)、膨脹、應(yīng)力鋼化、大變形和大張力的能力。圖為機(jī)架有限元模型，采用精度3的自由網(wǎng)格方式進(jìn)行劃分，節(jié)點(diǎn)數(shù)421470個(gè)，單元數(shù)282354個(gè)。
擠壓機(jī)機(jī)架的材料為Q235，建立模型時(shí)輸入的材料主要性能參數(shù)為：楊氏彈性模量2.06xe5MPa、泊松比0.30、材料密度7800kg/m3、模型材料特性為各向同性。(1)載荷簡化計(jì)算及加載機(jī)架所受外載荷來自于安裝在其上的各部件。加載時(shí)，忽略次要部件(如刮刀)對機(jī)架的作用，只考慮擠壓機(jī)工作時(shí)主要部件(壓緊、缸靴座、壓實(shí)輪、主軸)對機(jī)架的作用，受力分析如圖所示。依據(jù)相關(guān)測試實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用理論力學(xué)中平面力系的分析方法，計(jì)算得出主要部件對機(jī)架的作用力，以均布面載荷方式施加于機(jī)架上：在安裝靴座的圓孔處產(chǎn)生的面積力為pi=855871/18967=45.1MPa(載荷以壓力形式施加)，在安裝壓緊缸的圓孔處產(chǎn)生的面積力為pz=377744/24386.6=15.5MPa(載荷以壓力形式施加)，在安裝壓實(shí)輪的螺釘孔處產(chǎn)生的面積力為p3=37375.5/1329=28.1MPa(載荷以拉力形式施加)，在安裝主軸的圓孔處產(chǎn)生的面積力為p4=1169239.5/115767.7=10.1MPa(載荷以壓力形式施加)。
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