FWV_6A加工中心大件的有限元分析和模态测试_彭艳华
某风扇振动破坏的有限元模态分析及试验验证
某风扇振动破坏的有限元模态分析及试验验证李华山;吴晗;周强;冯健美;彭学院【摘要】Aiming at the problem of an unexpected fracture occurred on the blade of a fan used for the motor cooling of a natural gas reciprocating compressor unit for an offshore, a finite element model was established to analyze the natural frequencies and modal shape, and a test was carried out to validate the simulated results. It was indicated that the analytical results agreed well with the experimental modal data. The first order natural frequency of the fan was close to 3 times excitation frequency. The third natural fre-quency was close to 6 times excitation frequency and the corresponding mode shape was combinations of bending and torsional vi-bration, which consequently contributed to low-frequency resonance and pre-mature failure of the fan. The results of harmonic re-sponse analysis showed that the regions of stress concentration were exactly consistent with the fractures on the fan.%针对某海洋平台天然气往复压缩机组中高压电机外风扇破裂问题,对风扇进行有限元振动模态分析,计算其固有频率和振型,同时通过试验模态测试验证了计算结果.模态结果表明,试验模态测试与有限元计算结果吻合良好;风扇1阶固有频率与转速3倍频接近,3阶固有频率与6倍频接近,容易引起低阶共振,且表现为弯曲和扭转的复合振动模态,是导致风扇破裂的主要原因.谐响应结果表明,风扇应力集中区域与风扇出现裂纹位置一致.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】5页(P34-37,41)【关键词】风扇;振动模态;有限元;模态试验【作者】李华山;吴晗;周强;冯健美;彭学院【作者单位】海洋石油工程股份有限公司特种设备公司,天津 300452;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 710049【正文语种】中文【中图分类】TH457;O242.21振动模态分析作为研究结构动力特性的一种方法，在工程振动、故障诊断问题的分析和解决过程中，发挥着重要的作用[1]。
难加工材料刀具磨损的有限元仿真分析
难加工材料刀具磨损的有限元仿真分析杨丰;谌侨【摘要】为了便于确定切削用量及刀具角度与刀具磨损之间的关系,实现在实际加工过程中,对刀具磨损量的自动补偿,提高产品加工质量和生产效率,本次研究从切屑分离准则来判断刀具材料的分离角度分析刀具磨损情况.假设工件是刀具,切削刀具为被切削材料,利用Johnson-Cook剪切失效模型来计算切削刀具材料的脱离量.采用三维分析软件HY-PERWORK对刀具切削不锈钢304材料的过程进行仿真,得到不同切削条件及刀具角度下刀具的应力应变情况,根据HYPERWORK仿真软件划分网格,得到网格点的应变,从而计算得到的各节点随时间变化而失效的关系,利用MAT-LAB对离散数据进行拟合得到连续曲线,为实现数控实际加工中刀具的自动补偿提供数据插值依据.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】5页(P52-55,58)【关键词】难加工材料;刀具磨损;加工仿真【作者】杨丰;谌侨【作者单位】长沙航空职业技术学院,湖南长沙410124;长沙航空职业技术学院,湖南长沙410124【正文语种】中文【中图分类】TG711不锈钢304材料由于其耐高温，耐腐蚀性以及韧性高的特点，应用广泛。
同时由于不锈钢材料这些特点，使其机械加工比一般金属材料加工困难，在切屑中存在切削力大、易粘刀、断屑困难、切削区局部温度高、刀具易磨损等问题，使不锈钢成为典型的难加工材料，对切削刀具的磨损比较严重。
刀具的磨损势必造成零件加工质量的降低，增加工件装夹、测量及换刀、对刀等机床调整的辅助时间，从而增加了产品的生产成本。
为了保证产品的加工精度、已完成的表面质量和产品的生产效率，在切削加工过程中实现刀具磨损随时间自动补偿，特别是对于大批量生产的零件具有重要意义[1]。
在已有的切削仿真分析中，一般采用热力耦合模型对难加工材料进行有限元研究分析，对刀具材料进行仿真，得到刀具和材料进行加工仿真时的热力分布图，对结果的研究都是在理论上对刀具的使用寿命进行研究，而没有解决实际生产过程中切削加工的问题。
加工中心主轴箱的有限元分析及轻量化研究
结果表 明 ：优化后 的 主轴箱模 态振型 较为合 理 ，其 固有频 率远 离机 床 常用工 况 区的激振 频率 区
间 。表 明 主轴 箱 在 工作 时 不 易 与 机 床 的其 他 部件 或 工件 产 生 共 振 ，从 而 对 提 高 加 工 精 度 有利 ． 关 键 词 ：加 工 中心 ； 主 轴 箱 ；有 限 元 分 析 ；轻 量 化 研 究 中图分 类号 ： Ｔ Ｇ ５ ０ ２ ． ３ 文 献 标 志 码 ：Ａ
Ａ Ｆｉ ｎｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｌｉ ｇ ｈｔ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ Ｓ ｔ ｕ ｄｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎｇ Ｃｅ ｎｔ ｅ ｒ Ｈｅ ａ ｄ ｓ ｔ ｏ ｃ ｋ Ｂｏ ｘ
Ｍａ ｙ
２ ０ １ ４
文章 编 号 ：１ ０ ０ ６ ． ７ ３ ０ ２（ ２ ０ １ ４ ）０ ２ － ０ ０ ６ ３ ・ ０ ６
Ｊ ｊ ｑ － ｒ中心 主 轴 箱 的有 限元分 析及 轻 量 化研 究
陈 麟 。黄 东 升 ，耿 爱 农 ， 王 大 承
（ 五 邑大学 机 电工程 学 院 ，广 东 江门 ５ ２ ９ ０ ２ ０）
第２ ８卷 第 ２期
２ ０ １ ４拄
５月
五 邑 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ） Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ ＮＡＬ ＯＦ Ｗ Ｉ Ｉ Ｕ ＮＩ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ）
基于有限元的机床结构强度分析研究
基于有限元的机床结构强度分析研究过去几十年，机床行业发展迅猛，高速度、高精度、高可靠性、多功能已经成为机床设计的重要指标。
机床结构的强度分析是机床设计中的重要环节之一，它可以协助机床工程师确定结构的设计和优化方案，确保机床结构的合理性和可靠性。
而通常机床结构的强度分析是通过有限元分析 (FEA) 来实现。
有限元分析是一种数值模拟技术，可以对复杂的机床结构进行分析，包括各种荷载情况下的应力、应变和变形。
有限元分析技术可以在计算机上求解结构的数值解，从而获得其他分析方法无法获得的详细信息。
它可以大大加快机床结构设计的速度和准确性，提高机床结构的强度和耐久性。
机床结构强度分析中最常用的主要技巧是应力分析。
在应力分析中，工程师通过模拟机床的荷载情况，使得机床的每个部分的应力符合设计要求。
应力分析还可以为设计针对特定问题的解决方案。
例如，机床在运行期间出现动态应力，需要通过有限元分析来确定影响设计的动态应力的大小，并采取相应的应对措施。
有限元分析技术在机床结构设计中的应用越来越广泛，已成为机床结构优化和改进设计的有力工具。
然而，在实践中，有限元分析也可能会受到一些限制。
例如，过度繁琐的结构会导致模型规模过大，计算复杂度过高，从而导致计算时间和计算成本过高。
另一个限制是在实际荷载情况下模型的真实性。
有限元分析所得到的结构应力和变形通常是根据假设的荷载来确定的，因此，尽管有限元分析可以提供详细的结构信息，但在实际荷载下，其准确性可能会降低，从而影响结论的准确性。
为此，在进行有限元分析时，需要考虑各种因素的影响，在保证结论准确性的前提下合理设计分析模型，避免不必要的分析过程和工作量，以及增加结构设计的合理性和可靠性。
总之，有限元分析技术在机床结构设计中起着至关重要的作用，可以大大提高机床结构设计的效率和安全性。
在使用有限元分析技术进行机床结构强度分析时，我们应清楚了解分析模型的限制和不足，针对问题进行分析，提高设计的可靠性和稳定性。
超高速磨削主轴系统的动态有限元分...
２０１４年５月第４２卷第１０期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＭａｙ２０１４Ｖｏｌ ４２Ｎｏ １０ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１４ １０ ００９收稿日期：２０１３－０４－１４基金项目：辽宁省自然科学基金项目（２００５２２１１）作者简介：杨洪波（１９８７—），男，硕士研究生，主要从事超高速磨削机制与技术研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｈｂ６７３０６４８２６＠１６３ ｃｏｍ。
超高速磨削主轴系统的动态有限元分析杨洪波，赵恒华（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺１１３００１）摘要：运用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ建立超高速磨床主轴系统的三维有限元模型，并对其进行模态分析，得到各阶固有频率和振型。
针对超高速磨削过程中由转速产生的离心力的影响，先对主轴系统进行了静力分析，然后对其进行模态分析，获得各阶固有频率和振型。
通过比较得知：考虑预紧力后，主轴系统固有频率都有提高。
通过公式计算获得各阶固有频率所对应的临界转速，为磨削加工时避开共振频率提供理论指导。
考虑到磨削力对主轴系统的激振力作用，利用Ｆｕｌｌ法对主轴系统进行谐响应分析，获得了主轴跨中节点随激振力频率变化的幅频响应曲线，识别了产生共振的激振力频率。
提出了进一步提高主轴动态特性的工艺措施。
关键词：超高速磨床；模态分析；临界转速；谐响应分析中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－３８８１（２０１４）１０－０３２－４ＤｙｎａｍｉｃＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＵｌｔｒａ ｈｉｇｈＳｐｅｅｄＧｒｉｎｄｉｎｇＳｐｉｎｄｌｅＳｙｓｔｅｍＹＡＮＧＨｏｎｇｂｏ，ＺＨＡＯＨｅｎｇｈｕａ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＳｈｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＦｕｓｈｕｎＬｉａｏｎｉｎｇ１１３００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ３Ｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｏｎｕｌｔｒａ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｇｒｉｎｄｅｒｗａｓｂｕｉｌｔｕｐｂｙｕｓｅｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ，ａｎｄｅａｃｈｏｒｄｅｒｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｍｏｄｅｓｈａｐｅｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｅｎ ｔｒｉｆｕｇａｌｆｏｒｃｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｈｉｇｈｓｐｅｅｄｉｎｕｌｔｒａｈｉｇｈｓｐｅｅｄｇｒｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｓｈｏｕｌｄｎｏｔｂｅｎｅｇｌｅｃｔｅｄ，ａｎｄｅａｃｈｏｒｄｅｒｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｆｉｒｓｔａｎｄｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｓｅｃｏｎｄ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅ ｑｕｅｎｃｙｏｆｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄａｆｔｅｒｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｐｒｅ ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｏｆｅａｃｈｏｒｄｅｒｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｆｏｒｍｕｌａ，ａｎｄｉｔｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｇｕｉｄａｎｃｅｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇ．Ｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｒｅ ｓｐｏｎｓｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｗａｓａｐｐｌｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇｍｏｄａｌｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｃｅ，ａｎｄｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｏｆｓｐｉｎｄｌｅｍｉｄｓｐａｎｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｓｇｏｔｔｅｎａｎｄｔｈｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｆｒｅ ｑｕｅｎｃｙｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｌｅａｄｔｏｒｅｓｏｎａｔｅｗａｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｍｅａｓｕｒｅｅｎｈａｎｃｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｐｉｎｄｌｅｗａｓｐｕｔｆｏｒ ｗａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｇｒｉｎｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ；Ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ；Ｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄ；Ｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅａｎａｌｙｓｉｓ超高速主轴系统是超高速磨削的关键技术。
剪叉式升降工作平台整机结构有限元分析和试验验证
设计计算DESIGN & CALCULATION剪叉式升降工作平台整机结构有限元分析和试验验证靳翠军1，霍晓春2，姜文光2，刘树林1（1. 徐工消防安全装备有限公司，江苏徐州221004；2. 燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004）［摘要］利用APDL参数化设计语言，建立了某剪叉式升降工作平台的参数化有限元模型，进行静载应力试验并与模拟值进行对比，最大误差为13%，在工程应用许可范围内，验证了整机模拟的正确性。
对两种危险工况下的整机结构进行了静力强度、刚度有限元分析，得出剪叉臂体的薄弱部位，为下一步改进设计提供了依据。
［关键词］剪叉式升降工作平台；有限元分析；应力对比；变幅油缸推力分配［中图分类号］TH211 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2016）06-0051-04Whole structural finite element analysis and experimental verificationof scissor lift work platformJIN Cui-jun，HUO Xiao-chun，JIANG Wen-guang，LIU Shu-lin剪叉式升降工作平台结构简单紧凑、承载能力强，通过性和操控性好，但作业范围小、作业高度低。
本文基于ANSYS提供的APDL语言，建立了剪叉式升降工作平台的参数化有限元模型并进行了整机有限元分析，对模拟结果进行了试验验证，保证了模拟计算精度。
1 剪叉式升降工作平台结构某剪叉式升降工作平台主要由底盘、支腿、滑块、限位连杆、剪叉内臂、剪叉外臂、变幅油缸以及工作平台等部件组成，为中心对称结构。
其工作平台最低高度为2m、最大高度为18m，工作平台尺寸为4300mm×1800mm，可延伸长度1350mm，额定承载重量为700kg，其结构如图1 所示。
各剪叉臂通过销轴铰接，最底层和最高层的剪叉臂通过滑块与底盘和工作平台连接，相对滑动，并通过限位连杆限制其位置。
大型振动筛动态有限元模型建立及精度分析
大型振动筛动态有限元模型建立及精度分析
彭晨宇;苏荣华
【期刊名称】《煤炭学报》
【年(卷),期】2012(037)002
【摘要】根据振动筛结构和受力特点，提出梁壳单元模型，给出有限元建模中关
键问题的解决方法：采用自定义截面梁单元，实现了用变截面梁模拟振动筛实际梁结构；用自由度耦合及建立约束方程的方法实现结构中螺栓连接、焊接连接的合理简化；建立刚性区，合理施加激振力栽荷。
结合理论分析和实验模态分析结果表明：采用梁壳单元模型进行大型振动筛动力学分析较传统实体单元模型具有精度高、计算资源占用少、计算可靠性高的优点。
采用梁壳单元模型可以在一般PC机上实现对大型振动筛结构动态有限元分析。
【总页数】6页(P344-349)
【作者】彭晨宇;苏荣华
【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术
大学力学与工程学院,辽宁阜新123000
【正文语种】中文
【中图分类】TD452
【相关文献】
1.大型振动筛有限元模态分析 [J], 魏亮
2.大型直线振动筛横梁结构有限元分析 [J], 申志刚;米晨雷;刘翠荣;吴志生
3.大型热矿振动筛动态特性的有限元分析 [J], 刘杰;谢广玉
4.选煤厂大型振动筛结构改进及筛分精度分析 [J], 崔亚林
5.大型振动筛动力学有限元简化模型初探 [J], 朱福先;殷祥超;马景槐
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卓越机械工程师的有限元分析及应用课程教学改革
卓越机械工程师的有限元分析及应用课程教学改革程强;刘志峰;赵永胜;初红艳;蔡力钢【摘要】Excellent engineer education and training program is a very important method to implement higher engineering education. In this paper, according to the practicalteaching of“Analysis and Application of Finite Element Method”of Beijing University of Technology, two problems in the teaching are analyzed, and the practical mechanical structure statics and dynamics analysis using the ifnite element method is instructed. The results show that the case teaching can stimulate students' learning interest and arouse students' learning enthusiasm, so it is helpful to promote the development of new type of outstanding mechanical engineer with independent analysis and problem solving abilities.%卓越工程师教育培养计划是实施高等工程教育非常重要的一种培养目标与手段，本文结合北京工业大学面向卓越机械工程师的有限元分析及应用课程实际教学，分析了该课程教学存在的两大问题，并结合实际工程案例对利用有限元法进行机械结构静力学与动力学分析进行了讲解。
多层复杂结构有限元应力分析方法
多层复杂结构有限元应力分析方法李智帅;舒安庆;马长春;刘凯;魏化中【摘要】工程中经常会碰到由不同材质材料组成的多层复杂结构,对其进行应力分析极其繁琐,且误差较大.磷酸反应槽拱壁的设计施工工艺复杂,内部应力经常造成施工裂纹.通过合理简化,利用ANSYS软件进行模拟分析,为解决这种多层复杂结构的设计施工提供一种新的思路.%Introduced construction technology of box-beam MSS assemble and lifting in Tianxingzhou Changjiang Bridge, including the calculation of bearing capacity of foundation soil, strength calculation of the steel columns and box-beam lifting, the calculation of structural stability, and the key points of lifting station installation. The integral lifting and installation can speed up process of construction and guarantee the quality of construction. Practice indicates, movable shuttering form lifting had its own features and advantages, which was confirmed safe and controllable, and simple to operate.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2011(033)008【总页数】4页(P99-102)【关键词】多层复杂结构;限元分析;酸反应槽;拱壁碳砖【作者】李智帅;舒安庆;马长春;刘凯;魏化中【作者单位】武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430074;武汉市压力容器压力管道安全技术研究中心,湖北武汉430074;中国通用机械工程总公司,北京100050;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430074;武汉市压力容器压力管道安全技术研究中心,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TB1250 引言多层结构是指同一结构体系中，采用两种或两种以上不同材料组成的承重结构体系.常用的的多层复杂结构有由钢筋混凝土和砖墙承重的结构体系砖砌体结构，亦称砖混结构.过去曾有过用木与砖墙承重组成的结构体系，称为砖木结构，目前已很少采用.这类多层复杂结构均存在受力分析的问题，且很难解决.对于不同材质材料组成的复杂结构进行应力分析，通常采用的理论解析方法推演繁琐，边界条件和载荷形式有很多限制，而且结构的分析方法也简化过甚，不能透彻的反映结构受力实际情况.施工设计时往往都是依靠工程师的实际工程经验，这样就会出现设计偏差.由于这些设计误差，在施工中经常会使结构破坏，延误工期，甚至造成重大的经济损失.针对这类多层复杂结构，利用ANSYS软件，对这种复杂结构进行三维有限元建模，合理的加载载荷，选取适当的边界条件，进行数值分析，得到了准确直观的结构应力状况，为该类问题的工程设计，合理的制定施工工艺，提供了科学依据.下面以磷酸反应槽的拱壁的应力分析为例来详细阐述这一分析方法.1 问题描述磷酸反应槽是磷酸装置生产工艺过程中的关键设备之一，是磷酸反应的心脏，特别容易被腐蚀，因此磷酸反应槽的拱壁结构设计施工非常复杂.绝大多数磷酸反应槽外部采用钢筋混凝土作为基槽体，内部先内衬橡胶，再衬碳砖的防腐模式[1]，三者之间利用胶泥粘连，如图1所示.图1 拱壁层的实际构成图Fig.1 Components of arch’s carbon brick三者材料性质差别很大：混凝土是复合材料，材料的均质性很差，应力和应变成非线性关系；碳砖是脆性材料，外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即破坏断裂；橡胶弹性材料，收缩性很强.在砌筑时碳砖经常会开裂.为了分析这种多层复杂结构的砌筑时应力状况，并找出碳砖开裂原因.敖敏龙等人利用工作经验进行过初探[2]，指出开裂的原因可能是由单块碳砖承在砌体中所受弯、剪、拉的复合应力和胶泥收缩变形对其产生的拉应力导致，但是并没有指出应力最大处和最大值.本文采用采用ANSYS软件对该结构进行有限元分析，可以直观的表示出结构的受力分布情况，可以为设计分析设计时提供参考.某现场施工方法是先砌拱门两边直线部分和两边部分拱弧(拱顶少2块砖)，固化后再砌拱顶两条碳砖.反应槽拱壁结构尺寸图如图2所示.图2 反应槽拱壁尺寸图Fig.2 Size of arch’s carbon brick但是根据现场施工资料反应，当反应槽拱的顶部两条碳砖砌好干固后，拱顶部碳砖开裂毁坏.为了找出事故原因，对此拱壁碳砖作三维有限元分析，以获得拱壁碳砖的最大应力部位和应力场分布.2 数学模型在砌筑施工过程中，载荷主要来自于砌筑时砌缝间胶泥收缩产生的拉应力和自身的重力，现对模型进行如下假设及简化:①胶泥砌缝收缩均匀分布在碳砖砌体上；②碳砖、胶泥的力学性能各向同性；③砌筑胶泥的收缩性质等同于外力变形情况；④混凝土基体是刚体；⑤拱壁层的构成不考虑胶泥层如图3所示(通过多次试算表明胶泥层主要影响胶板层应力影响碳砖层，忽略胶泥层后对碳砖应力影响不大). 图3 拱壁层的模型简化图Fig.3 Simplified model of arch’s carbon brick据弹虚位移原理有可得单位节点力与位移之间的关系式[3]fe=Keqe(1)式(1)中:fe为结构总体载荷；Ke为整体结构节点的刚度矩阵，其中(2)qe为整体结构节点的位移矩阵.综合式(1)、(2)可得因此，可求得各节点的应力δ=DBqe.其中：D为整体结构节点的弹性矩阵；B为整体结构节点的应变矩阵.3 有限元模型建立考虑拱门的几何模型具有左右对称的特点，因此作二分之一模型，拱门的实体模型如图3所示.图3 有限元实体模型Fig.3 The finite element solid model模型采用solid95单元来模拟碳砖和橡胶板，共划分31 332个单元和35 700个节点，网格模型如图4所示.图4 有限元风格模型Fig.4 The finite element mesh model根据数学模型中的假设，其物理参数如表1所示.表1 材料物理参数表Table 1 Material physical parameter参数混凝土胶板碳砖体积密度/g·cm-32.451.281.55弹性模数/MPa30000409000线膨胀系数/K-11×10-566×10-68.5×10-6泊松比0.180.470.2导热系数(常态)/W·(m·K)-10.1740.142.14 载荷和边界条件的施加由于建立的是二分之一模型，反应槽拱门顶端施加对称约束，整个胶板与混凝土结合面施加全约束.为了模拟拱门碳砖砌体受到因胶泥凝固收缩引起的拉应力，在计算中利用软件的温度应力的功能来施加因这种因胶泥凝固收缩产生的应力.即令：单位长度砌体收缩=单位长度温度收缩根据实际施工状态：平均每条砌缝收缩0.064 mm，通过计算各段单位长度砌缝数量，计算各段单位长度砌体收缩量.对各段施加与之相当收缩量的温度载荷.同时还要考虑碳砖和胶板的自重.利用ANSYS单元的“生死”技术，来模拟两次砌筑拱门的过程，模拟拱门的二次受力，当砌拱门两边直线部分和两边部分拱弧的时候，该部分单元处于“活”的状态，顶部的碳砖则处于“死”的状态.当砌筑顶部碳砖是，则让顶部碳砖“复活”.5 结果分析碳砖为典型脆性材料，碳砖是否达到破坏极限，采用第一强度理论作为评判标准[5].实验测得的所用碳砖抗拉强度为σ1u=10 MPa.(1)图4为反应槽拱壁碳砖整体的应力云图，从图上可以看出，拱壁顶部碳砖对称面的应力集中较大，达到了11 MPa，超过了碳砖的抗拉强度，引起了断裂，在实际施工中的断裂部位正是发生在此部位分析结果与实际情况一致.图4 反应槽拱壁碳砖整体的应力云图Fig.4 Nephograms of arch’s carbon brick(2)图5为橡胶板整体应力云图，从图上可以看出，胶板层在拱的直段第一主应力比较小在0.7 MPa以下；拱的弧段应力约1.4 MPa，弧段边缘局部应力较大，最大拉应力5 MPa.由于前面简化了胶泥层以及胶板的弹性模量E的非线性，胶板层的应力只能作为影响碳砖应力因素的参考.图5 橡胶板整体应力云图Fig.5 Nephograms of arch’s rubber plate(3)为了直观的拱门顶部碳砖的应力随拱门厚度的变势，并从应力中判断开裂原因，在拱门模型顶端内表面选取两个节点11 421和1 143(拱门顶部截面两短边的中点)做一条路径，观察这条路径上所有节点的应力变化趋势，路径图如图6所示.变化趋势图如图7所示.图6 节点路径图Fig.6 The path of node图7 节点应力沿路径变化图 Fig.7 Nephograms of the node which on thepath从图7可以看出路径上的节点，应力由两端向中间逐渐增大，大致成抛物线变化，在中间区域达到最大11.08 MPa，而拱门碳砖开裂也正是在该区域.6 结语通过对施工现场碳砖砌筑的条件和反应槽结构的分析，经合理简化，建立了多次结构磷酸反应槽拱壁.通过有限元计算得出的结果，反映了施工现场的实际情况，为改进设计和制定合理正确的施工工艺提供了依据，同时也为此类多层复杂结构的应力分析提供了借鉴.参考文献：[1] 沈富,雍开林.磷酸反应槽的衬胶应用[J].云南化工，2007,34(3)：41-42.[2] 敖敏龙,钟立民,张建伟.磷酸反应槽衬里碳砖裂纹的初探[J].化工设备与腐蚀，1999(3)：48～51.[3] 王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M].兰州：西北工业大学出版社，2000.[4] 蒋玉川,张正.弹性力学与有限元方法简明教程(第一版)[M].北京:化学工业出版社，2010.[5] 范钦珊.材料力学(第二版)[M].北京:高等教育出版社，2006.。
15_某乘用车后轴有限元分析与研究_彭文华
某乘用车后轴有限元分析与研究彭文华杨忠学陈海龚成斌陈正康何维聪王存杰胡礼李勣胥洪鑫(中国长安汽车股份有限公司四川建安车桥分公司，四川雅安，62530)摘要：通过对某乘用车设计该汽车的后轴，并利用HyperMesh建立该后轴的有限元模型。
然后运用求解器对该后轴进行有限元分析，得到该后轴的变形图及应力值。
通过对该后轴进行冲击试验，符合有限元模型的最终结果。
最终为后轴设计提供了正确的指导。
关键词：后轴有限元分析冲击试验 HyperMesh1前言乘用车后轴是整车的关键零部件，其性能直接影响整车的安全性、可靠性。
后轴总成是否满足产品的设计需要，对整车的性能起到关键作用。
汽车后轴具有支撑汽车载荷的作用，并将载荷传递给车轮。
作用在后轴车轮的牵引力、制动力和侧向力及垂直载荷经后轴传递到悬架及车架上。
若汽车后轴的强度及刚度不能达到要求，则会失效，可能会造成轮胎从后轴上脱落，或后轴将会永久变形，不能再继续使用。
因此汽车后轴对整车的安全性能来说起着至关重要的作用，直接评价着整车的安全性。
2有限元模型的建立及分析后轴总成包括：后轴、后轴颈分总成、后弹簧座支座、后减震器安装支架等零件构成。
台架试验需对后轴进行冲击试验,以判断后轴是否满足其结构性能要求。
试验方法：将后轴截断大概三分之一处，将截断的一段作为试验件。
把试验件的后轴管一端垂直固定在工作台上，另一端安装并固定一个等车轮半径的铁杆，其强度足够在承受冲击力时不变形，然后配重140KG重块，升高到距离铁杆为1.3米，然后快速松开配重快，让其以自由落体下落，垂直冲击铁杆的另一端（非固定端）。
选定后轴材料。
在先期的设计中，为了保证后轴颈总成与轴管的焊接方便性，将轴管的与后轴颈总成相接触的部位进行了扩内孔的处理，以便进行装配和焊接，但是经过台架试验验证，在该处发生断裂。
由此，推测出在冲击试验时，轴颈受到重块的冲击。
在受到重物的冲击的过程时，铁杆对轴颈产生了一个冲击力矩，造成整个后轴总成的变形。
高速数控龙门铣床有限元分析
高速数控龙门铣床有限元分析李初晔;王海涛;冯长征;马岩【摘要】The structure of large and complex project parameters of the finite element modeling and different parts of the border between the treatment of the issue are particular discussed with finite element analysis tool, high-speed CNC milling machine static and dynamic conditions of the structure and mechanical properties are investigated. Research on the frequency of vibration of the impact of precision machining, on the cutting force, launched to stop a short period of time and inertia from the impact of the transient vibration machine tools were studied.%采用有限元分析工具论述了大型复杂工程结构有限元参数化建模和不同零件之间边界问题处理方法,分析了高速数控龙门铣床静、动力条件下的结构性能与力学行为,研究了激振力频率对加工精度的影响,以及切削力、启动及停止短时间内的惯性冲击力引起的机床瞬态振动.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P75-79)【关键词】动力特性方程;频率;瞬态振动;临界转速【作者】李初晔;王海涛;冯长征;马岩【作者单位】北京航空制造工程研究所,北京100024;北京航空制造工程研究所,北京100024;北京航空制造工程研究所,北京100024;北京航空制造工程研究所,北京100024【正文语种】中文【中图分类】TG542高速切削可以提高加工效率和加工精度，降低加工成本，而且几乎能满足各种材料的加工要求，因此高速切削己成为现代加工的主要发展趋势之一。
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{Fx = 0． 3FC Fz = 0． 5FC
槡 Fy = F2C － F2z － F2x
式中，ap 为铣削深度，af 为每齿进给量，ae 为铣削宽 度，d0 为铣刀直径，n 为铣削速度，kfz 为铣削力修正系 数，FC 为刀具总切屑力，Fx 为横向进给力，Fy 为纵向 进给力，Fz 为垂直进给力。
根据文献［7 ］，由 经 验 公 式 算 得 的 切 屑 力 一 般 比
实际小 10% ～ 20% 。因此本文将由上式算得值增大
10% 。根据 佛 山 市 南 海 中 南 机 械 有 限 公 司 提 供 的
FWV-6A 系列加工中心重切削试验指导书计算得到三
个方向上切削力如表 1 所示。
表 1 实际切屑工况下主轴箱和立柱的受力
Journal of Mechanical Strength
2013，35（ 1） ： 105-110
●研究简报●
FWV-6A 加工中心大件的有限元分析和模态测试*
FINITE ELEMENT ANALYSIS AND MODAL TEST OF FWV-6A MACHINING CENTEＲ COMPONENTS
固有频率 / Hz Natural frequency / Hz
立柱 Column
振型描述 Description of mode
284． 08
前后部绕 Y 轴相对扭转 Ｒelative torsion of former and back around Y axis
120． 12
下部在 YZ 平面错动 Fluctuation of the lower
后续的结构优化设计带来很大误差。目前，国内对加 工中心静态特性和动态特性分析，主要停留在软件计 算仿真层面，对于实际切屑工况下的静态特性分析和 实验模态分析还有待于进一步深入。
本文以佛山市佛威精密机械公司制造的 FWV-6A 的立柱和主轴箱为例，用有限元计算与模态测试相结 合，分析和研究加工中心五大件静动态特性。首先，通 过有限元计算得出实际切屑工况下各大件的低阶固有 频率和振型； 然后通过模态测试加以对比元模型为 基础进行有限元静态分析，得出加工中心各大件的最 大变形和应力、应变等数据。以上分析结果仿真计算
引言
近年来我国企业的加工中心市场占有率逐年上 升，尤其大型高效低成本的加工中心越来越受到用户 的青睐。由于大型加工中心结构庞大、设备吨位重、制 造费用高，很有必要对其进行结构优化设计，在加工中 心的精度保持不变或提高的基础上，使加工中心的重 量最轻。在加工中心各大件的结构优化设计过程中， 静态特性和动态特性是优化设计的两个重要设计指 标。然而在静动态特性分析时，直接依据图纸资料建 立一个能准确反映结构实际静态特性和动态特性的有 限元模型是比较困难的［1］，结构模型的不准确又会对
束来作为边界条件。图 2 为主轴箱和立柱的受力模型。 1． 3 模态计算分析
根据以 上 有 限 元 模 型 分 析，用 Ansys-Workbench 对加工中心五大件进行理论模态计算，分别得出其前 4 阶固有频率和振型，见表 2。图 3 和图 4 所示分别为 主轴箱和立柱的前 4 阶振型。
从主轴箱前 4 阶模态振型图可以看出，各阶模态 振型主要表现为主轴箱前部的扭摆和翘动。从实际情 况看，主轴箱前段的变形直接影响加工中心的的加工精
阶次 Order
1
2
3
4
表 2 主轴箱和立柱的前 4 阶固有频率 Tab． 2 The first four natural frequencies of the headstock and column
主轴箱 Headstock
固有频率 / Hz Natural frequency / Hz
振型描述 Description of mode
( 1. School of Mechanical ＆ Automotive Engineering，South China University of Technology， Guangzhou 510641，China)
( 2. Foshan Nanhai Zhongnan Machinery Co． Ltd．，Foshan 528247，China)
on the YZ plane
454． 30
前后部绕 Z 轴摆动 Swing of former and back
around Z axis
190． 52
上下部绕 Z 轴扭摆 Torsion pendulum of upper
and down around Z axis
475． 58
前部相对后部翘起 Former upwarp of relative
关键词 加工中心 动静态特性 有限元分析 模态测试 中图分类号 TG502 TB122 Abstract To obtain accurate static and dynamic characteristics of five main components of machining center，an approach based on finite element analysis and modal test is proposed and illustrated by taking column and spindle box for example． Firstly， some finite element analysis and modal tests are carried out，and comparison of their results，shows their good agreement，which verified the accuracy of models． Meanwhile，the natural frequencies and mode shapes of main components are also obtained． Then the static analysis is performed by using the same analysis model，through which the maximum stress and deformation data of each component were obtained． The results clearly provide reliable basis and constraints of size and topology optimization of machining centers． Key words Machining center； Static and dynamic characteristics； Finite element analysis； Modal testing Corresponding author： GUAN YiSheng，E-mail： ysguan@ scut． edu． cn，Tel： + 86-20-87113824，Fax： + 86-20-87110059． Manuscript received 20100507，in revised form 20100823．
摘要 为获取加工中心五大件准确的动、静态特性，进行有限元计算与模态测试相结合的分析研究，以立柱和主轴 箱两大件为例进行说明。首先，通过有限元计算结果与模态测试结果对比分析得出各大件的固有频率和振型，两者的相 互吻合验证了有限元模型建立的精确性。然后以该有限元模型为基础进行静态分析，得出各大件的最大应力及变形等 数据。以上分析可为加工中心结构尺寸优化和拓扑优化设计指明方向，并提供可靠依据和约束条件。
所有材料均为 HT300，弹性模量为 1． 3 × 1011 Pa，泊 松比为 0． 25、密度为7 350 kg / m3 。最后分别得到五大 件的有限元模型。图 1 所示为主轴箱和立柱的有限元 模型。 1． 2 载荷条件
通过对加工中心的分析可知，当主轴箱处于立柱 导轨上部，且进行重切削时，其各大件的受力和静变形 最大，所以后面的动静态分析以及后续的尺寸优化和 拓扑优化均在该工况下进行。在重切削工况下，加工 中心所受到的切屑力可按下式计算［6］
彭艳华＊＊1 朱海飞1 姜 衡1 龚循飞1 陈 忠1 管贻生1 张宪民1 许 冠2 陈锦华2 毛卫东2 黄 杜2 ( 1. 华南理工大学 机械与汽车工程学院，广州 510641) ( 2. 佛山市南海中南机械有限公司，佛山 528247)
PENG YanHua1 ZHU HaiFei1 JIANG Heng1 GONG XunFei1 CHEN Zhong1 GUAN YiSheng1 ZHANG XianMin1 XU Guan2 CHEN JinHua2 MAO WeiDong2 HUANG Du2
1 有限元计算和分析
1． 1 有限元模型的建立 Ansys 分析软件可以直接在其中创建模型，但对
于结构较 复 杂 的 零 部 件，它 的 建 模 功 能 效 率 十 分 低。 所以一般先通过其他 CAD（ computer aided design） 软 件（ Pro / E、Solidworks） 创建模型，然后通过数据接口导 入 Ansys 分析软件中，经过修正后进行有限元网格划 分。本文通过 Solidworks 建立 FWV-6A 加工中心的主 轴箱、立柱、床身、滑台、工作台等五大件的实体模型， 在各大件建模时忽略温度应力的影响。为了防止因细 小部位导致单元体密度不均，简化所有的过渡圆角、倒 角和螺孔，因为这些因素对机床的静力分析和模态分 析影响很小，却会带来大量的计算［3-4］。在建模时采用 与原结构在几何形状及尺寸相一致的实体建模，使得 模型的刚度不会发生大的变化。在选择单元体时选用 四面体，确保有限元模型的处理精度。由于组成机床 的各零件均为空间不规则的几何体，所以选用与其结 构相适应的 solid-brick 20node95 块单元对各零件分别 采用不同单元进行网格划分［5］。