龙门剪切机料箱的结构分析与优化

发布时间：2021-06-02　　　　 次浏览

以龙门剪切机料箱为研究对象，根据其结构特点建立料箱的简化中性面模型，基于其在极限工况下的受力进行了结构分析，并根据分析结果提出了对料箱底部和侧部的筋板进行重新布局的结构优化方案，在此优化方案的基础上，建立了料箱的参数化优化模型，分别对底部筋板的高度和侧部筋板的厚度进行优化设计，最终得到最优尺寸。 

前处理

料箱结构较复杂，为提高分析精度和求解效率，需要对料箱进行适当简化。由于料箱是由钢板焊接而成，为得到高质量的网格采用“以面代体”的分析方法，即在Pro/E中建立简化的料箱中性面模型，通过接口导入 ANSYSWorkbench中赋予相应厚度。料箱的材料为Q235。 

结果分析

从得到的静力学分析结果可知最大位移为0.95mm，产生在料箱侧部的上端，最大应力为279.43MPa，主要集中在侧部筋板与底座的连接处，由于材料的屈服极限235MPa，因此，料箱的局部结构处已发生塑性变形。 

筋板分布的重置

料箱筋板的优化主要体在筋板数量和位置的修改。对此优化后的结构重新进行静力学分析可知，料箱的最大位移为2.02mm，最大应力为318.44 MPa，相比原方案其力学性能较差，但重量减少近15t，约24.6%的自重。为降低最大位移和最大应力，提高料箱的力学性能，将对筋板的相关参数进行优化设计。

底板加强筋高度优化

在PRO/E中建立料箱的参数化模型，定义底板加强筋的高度参数，在workbench下的参数管理器中进行参数假设分析，筋板的高度与最大位移成正比，与最大应力间的关系成非线性。从节材角度分析，选择底板加强筋的高度为300mm。由于料箱的力学性能提高不明显，将对侧面筋板的厚度进行优化，以降低最大位移和最大应力。 

侧板加强筋厚度的优化

为进一步确定最佳的尺寸配合，采用多目标尺寸优化，将质量、最大位移和最大应力设为优化目标。为便于加工制造，优化尺寸分别采用ds_1=26mm，ds_2=37mm和ds_3=40mm。