龍門剪切機料箱的結構分析與優化

發布時間：2021-06-02　　　　 次瀏覽

以龍門剪切機料箱為研究對象，根據其結構特點建立料箱的簡化中性面模型，基于其在極限工況下的受力進行了結構分析，并根據分析結果提出了對料箱底部和側部的筋板進行重新布局的結構優化方案，在此優化方案的基礎上，建立了料箱的參數化優化模型，分別對底部筋板的高度和側部筋板的厚度進行優化設計，最終得到最優尺寸。 

前處理

料箱結構較復雜，為提高分析精度和求解效率，需要對料箱進行適當簡化。由于料箱是由鋼板焊接而成，為得到高質量的網格采用“以面代體”的分析方法，即在Pro/E中建立簡化的料箱中性面模型，通過接口導入 ANSYSWorkbench中賦予相應厚度。料箱的材料為Q235。 

結果分析

從得到的靜力學分析結果可知最大位移為0.95mm，產生在料箱側部的上端，最大應力為279.43MPa，主要集中在側部筋板與底座的連接處，由于材料的屈服極限235MPa，因此，料箱的局部結構處已發生塑性變形。 

筋板分布的重置

料箱筋板的優化主要體在筋板數量和位置的修改。對此優化后的結構重新進行靜力學分析可知，料箱的最大位移為2.02mm，最大應力為318.44 MPa，相比原方案其力學性能較差，但重量減少近15t，約24.6%的自重。為降低最大位移和最大應力，提高料箱的力學性能，將對筋板的相關參數進行優化設計。

底板加強筋高度優化

在PRO/E中建立料箱的參數化模型，定義底板加強筋的高度參數，在workbench下的參數管理器中進行參數假設分析，筋板的高度與最大位移成正比，與最大應力間的關系成非線性。從節材角度分析，選擇底板加強筋的高度為300mm。由于料箱的力學性能提高不明顯，將對側面筋板的厚度進行優化，以降低最大位移和最大應力。 

側板加強筋厚度的優化

為進一步確定最佳的尺寸配合，采用多目標尺寸優化，將質量、最大位移和最大應力設為優化目標。為便于加工制造，優化尺寸分別采用ds_1=26mm，ds_2=37mm和ds_3=40mm。