有限元课程设计分析报告式样

轧机机架有限元分析

1.问题描述

（问题）

（采用的计算方法）

2 模型的建立及网格划分

（几何模型图）

根据结构及载荷对称性，取机架四分之一作为分析模型，模型中窗口内圆角半径分别为225mm（方案1）和180mm（方案2），圆弧导圆为R40mm, 圆滑过渡，压下螺母孔台阶处导圆为R30mm，详见下列各模型。说明网格划分情况，采用的方法，单元类型，单元大小，个数等。

3 边界条件及载荷

材料属性。

模型见图2，载荷作用在机架上横梁压下螺孔台阶处和下横梁窗口内表面上，图3、图4为压下螺孔台阶和窗口内角过渡圆弧单元划分，为15000KN压力的1/4，边界条件见图5，在机架四分之一对称面上建立对称约束，这里只给出方案1边界载荷图，方案2略。

图2 轧机有限元模型图3 压下螺孔单元划分

图4 机架窗口内圆角单元划分

图5 边界载荷

4 有限元结果分析

方案1中机架受载荷作用时，其铅垂方向变形趋势如图6，最大Y向位移值为0.984mm；其水平方向变形趋势如图7，单侧立柱最大X向位移值为0.397mm。

图6 方案1机架铅垂方向变形

图7 方案1机架水平方向变形

图8 方案2机架铅垂方向变形

方案2机架受力时，铅垂方向最大位移为0.985mm，详见图8, 水平方向单侧立柱最大位移为0.394mm，详见图9。

图9 方案2机架水平方向变形

图10、图11为方案1机架压下螺丝孔处应力分布图，最大等效应力为122MPa，详见图12；最大主应力为133MPa，详见图13。

图10 方案1压下螺丝孔等效应力分布

图11 方案1压下螺丝孔主应力分布

图12 压下螺丝孔最大等效应力（局部）

图13 压下螺丝孔最大主应力（局部）

图14、图15为机架过渡圆角处应力分布图，最大等效应力为40.7MPa，最大主应力为43.4MPa。

图14 下部过渡圆角最大等效应力

图15 下部过渡圆角最大主应力

图16、图17为方案2机架压下螺栓孔处应力分布图，最大等效应力为122MPa，最大主应力为134MPa。

图16 方案2压下螺丝孔最大等效应力

图17 方案2压下螺丝孔最大主应力

图18、图19为机架上横梁过渡圆角处应力分布图。最大等效应力为782MPa，最大主应力为466MPa。计算中有应力集中出现。

图18 上部过渡圆角等效应力分布

图19 上部过渡圆角主应力分布

图20、图21为方案2机架过渡圆角处应力分布图，最大等效应力为42.4MPa，最大主应力为46.1MPa。

图20 下部过渡圆角等效应力分布

图21 下部过渡圆角主应力分布

5 结论

根据以上模型分析可得出机架刚度：

方案1：30000/0.894=33557KN/mm

方案2：30000/0.895=33519KN/mm

由此看出，机架窗口圆角变化对刚度影响很小，只有0.1%。

方案1中窗口圆角圆弧半径为R=225mm, 方案2中窗口圆角圆弧半径为R=180mm, 机架窗口圆角圆弧处对应等效应力分别为40.7MPa和42.4MPa，应力增大4%，可以认为机架窗口圆角圆弧对强度影响很大，直接影响机架的安全系数，同时，压下螺丝孔台阶处的导圆处也是不能忽略之处，从图12至图21可以看出局部应力变化，安全系数如下：

方案1机架安全系数为：450/40.7=11.05

方案2机架安全系数为：450/42.4=10.6

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综合以上分析结果，现机架结构方案，窗口圆角R取值在225-260mm范围内较为适当，机架变形改变微小，局部应力集中变化不大，认为该方案机架结构安全合理。

参考文献：

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6 体会及建议

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