1.幾何模型
矯直機機架是實體框架組合結(jié)構(gòu)，是由底座、立柱、上橫梁、拉桿、螺母組成的預緊結(jié)構(gòu)。該矯直機機架是具有雙軸對稱的對稱結(jié)構(gòu)。預緊時，機架的受力也具有雙軸對稱性，因而對機架進行預緊狀態(tài)的有限元分析時，只取其四分之一結(jié)構(gòu)，建立有限元模型。在矯直狀態(tài)時，其受力只是單軸對稱，此時，則取機架的半結(jié)構(gòu)建立有限元模型，經(jīng)過必要的簡化處理，得到矯直機機架半結(jié)構(gòu)的有限無幾何模型，其上橫梁的球面承載面簡化成圓平面。
2.有限元力學模型
采用專用有限元分析軟件對模型進行網(wǎng)格劃分和添加邊界條件。
進行網(wǎng)格劃分時，由人工控制單元邊長，采用四節(jié)點四面體單元，自動劃分有限元網(wǎng)格。取1/4結(jié)構(gòu)劃分好有限元網(wǎng)格，準備預緊狀態(tài)下用。矯直狀態(tài)時，將1/4機架結(jié)構(gòu)連同有限元網(wǎng)格一起鏡向，得到機架半結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格模型，這樣就了機架結(jié)構(gòu)和有限元網(wǎng)格的對稱性。
有限元網(wǎng)格劃分完成后，設(shè)置如下邊界條件形成有限元力學模型。
3.預緊狀態(tài)的應(yīng)力
預緊狀態(tài)下，機架的應(yīng)力主要表現(xiàn)為拉桿上的拉應(yīng)力和立柱及上、下橫梁的壓應(yīng)力。
由對原結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：
(1)僅在預緊力作用下，機架強度是足夠的。
(2)在矯直狀態(tài)時，立柱壓應(yīng)力降低，但仍保持負值，說明其螺桿預緊力是足夠的(1277.4t/根)。上橫梁端面應(yīng)力升高等效應(yīng)力很接近材料的屈服極限，可適當加厚該板的厚度。底座應(yīng)力值較小。
(3)從變形情況來看，底座變形較大，且存在板自身的彎曲。
由此可見矯直機架的結(jié)構(gòu)不夠合理，有必要進行優(yōu)化。
4.結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路及步驟
前面提到上橫梁端面應(yīng)力值很接近材料的屈服極限，而底座應(yīng)力值較小，并且高應(yīng)力區(qū)只在很小的局部。因此，首先考慮改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布狀況和應(yīng)力值水平，在結(jié)構(gòu)應(yīng)力合理的情況下，再來調(diào)整結(jié)構(gòu)、改善機架剛度。
5.應(yīng)力結(jié)果
預緊狀態(tài)下，機架的應(yīng)力分布與原結(jié)構(gòu)基本相同，但其壓應(yīng)力值較原結(jié)構(gòu)大大降低。對比分析結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：
(1)結(jié)構(gòu)調(diào)整后，機架應(yīng)力得到了改善，機架強度足夠，螺桿預緊力也是足夠的。
(2)但是機架剛度有較大程度降低，從機架的約束和變形情況看，機架底座的變形是引起機架剛度降低的主要原因，但底座的應(yīng)力值并不高，其變形較大是主要由于結(jié)構(gòu)形式引起的。因此，要改善機架剛度，應(yīng)調(diào)整機架底座的結(jié)構(gòu)形式。有效的辦法是將底座的開口結(jié)構(gòu)變成箱形結(jié)構(gòu)并適當加筋。
從預緊時的情況來看，機架的變形情況基本相同，這是因為預緊時，機架的變形主要是立柱及其相鄰件的壓縮變形，而遠離立柱部分的卻很小。(圖/文www.n9955.com)