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《輕工科技雜志》2015年第五期

1建立有限元模型和劃分網格

將建立好的三維模型導入ANSYS有限元分析軟件。實際工作中的壓機在上下梁和立柱間為防止相互之間的錯動，分別用大圓柱銷定位。為減輕軟件計算強度，在模型中將這四處的聯接簡化為“綁定”約束。施加完約束后，還需要對模型添加材料屬性。機架結構中幾個零件材料均為ZG270~500。材料屬性見表1。完成后，對模型進行網格劃分。劃分好的網格模型如圖2所示。

2加載和求解

為使鋼絲層的強度設計達到等強度設計，以充分發揮鋼絲的強度潛力，對機加采用變張力纏繞方法進行纏繞，預緊系數為η＝1.1。計算結果壓機纏繞層為38層，外加三層保護層。為達到簡化模型的目的，對鋼絲預緊力簡化為施加到半圓梁上的壓強，對應換算的結果為施加到半圓梁上的壓強33.945MPa。對上橫梁和底座的鋼絲槽圓弧面分別施加33.945MPa的壓強（由于此處為預緊狀態計算，故無需施加工作載荷）。因為上下半圓梁加載面積相等，所以板框不會發生移動，不需要增加其它位移約束。加載區域如圖3所示。運行計算，進行求解。

3計算結果分析

從三個方面分析計算結果：應力圖解、變形圖解和應變圖解。這三個圖解可以充分反映機架的強度和剛度。通過獲得的VONmises應力云圖如圖4所示。由計算結果可以得到上下梁的拉應力區上最大拉應力僅為102.08MPa和97.86MPa，而機架的最大應力163.32MPa出現在立住與上橫梁結合區域，此區域為壓應力區，不會引起疲勞裂紋的擴展。鑄鋼材料的屈服強度達到270MPa，因此框架的強度是滿足要求的。另外，此結構的另一個優點是與傳統鋼絲纏繞機架相比較，避免了在上橫梁和底座大平面上開設的油孔和避空孔，這些空位處于交變應力區，且應力值較大，往往是上下梁開裂的起始位置。圖4機架VONmises應力云圖X向和Y向變形圖解如圖5、圖6所示。X向和Y向的應變圖解如圖7、圖8所示。在這里，我們需要關注各個方向變形最大的關鍵點的計算數值，具體數值見表2和表3。機架的剛性將會對壓磚機的能耗有巨大的影響，所以在設計的過程中，要將變形數值控制在一個適當的范圍內。本例中X、Y向變形值為1.37和2.34，都屬于比較理想的剛性范圍內。Z向的變形和應變都相當小，不再列舉。

4結果驗證

通過有限元分析，我們得到機架幾個關鍵點的應力、應變和變形的計算值。我們利用靜態應變測試系統對機架在纏繞過程中的變形和應變值進行了實際測量，以驗證有限元分析結果。出于監測的需要，我們對整個纏繞過程進行了4次測量，最后完成時的累積變形值（合計項）和計算值項才是我們需要對比的對應數值。將測量的結果和計算結果對比得到的結果如表2、表3所示。分析表2、表3可見，實測值和計算值的誤差均在5%以內。通過實測值驗證了分析方法和結果的正確性。6結論通過建立正確的有限元分析模型和采用正確的分析方法，可以大大縮短產品設計周期，是減小產品失效可能性的行之有效的辦法。

作者：曹飛 單位：廣東科達潔能股份有限公司