基于ABAQUS的液压机工作台优化设计

　　1 前言

　　ABAQUS 有限元软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数 CAD 软件接口，从而实现液压工作台有限元分析和结构优化设计。通过使用ABAQUS 有限元软件分析某系列单动液压机工作台在实际工程中的问题，并对其进行优化设计，在保证产品的功能、质量、成本的前提下，使某系列单动液压机工作台结构简单，经济，实用;框架式结构刚性好，精度高，抗偏载能力强。

　　2 理论计算

　　按材料力学计算方法进行简化，将移动工作台简化为四边简支，全板均布连续载荷的薄板弯曲模型，如图 1 所示。

　　(1)根据《机械设计手册》薄板小挠度弯曲计算公式

　　3 模型建立

　　某系列单动液压机工作台的实体模型，在实际分析过程中，由于并不知道模型所受载荷和约束的情况，不能直接对这个模型进行有限元分析，必须首先建立一些液压机工作台的模型，并对这些模型进行有限元分析，找出最符合实际情况的载荷和约束情况，然后再对液压机工作台的实体模型进行有限元分析。

　　在有限元分析的过程中，模型、加载、边界条件的模拟是否真实反应移动工作台的实际工况，是分析结果是否可信的关键。但在此阶段，计算结果尚无实验进行对比，所以就需要建立一个平面模型，模型实体为面，长、宽分别为：a=3560，b=1760，单元类型：Shell，如图 2 所示。

　　通过对薄板弯曲进行有限元分析，与理论计算结果进行对照，可检验在 ABAQUS 中建模、加载，特别是边界约束条件处理的合理性。在这个薄板模型中，节点自由度为：UX，UY，UZ，VX，VY，VZ，AX，AY，AZ，ROTX，ROTY，ROTZ，单元实常数假设为 t=340，边线约束假为铰链约束，在整个面上加面载荷。平板单元通过 ABAQUS 有限元分析后与理论计算结果相对比，发现与理论结果很接近。应力误差为 0.59%，位移误差为 0.70%，采用平面板单元结果与理论计算结果基本一致，因为平面板单元具有转动自由度，可完全模拟理论计算模型。

　　选择 shell 单元进行分析，模型为：a=3560mm，b=1760mm，t=340mm 矩形板，网格划分共 45176 个单元，单元类型：shell。在这个模型中一共建立了四种不同的约束方式：(1)底面四边全约束：UX=UY=UZ=0;(2)底边长度方向边线：UX=UZ=0;宽度方向边线：UY=UZ=0;(3)底面四边 UZ=0，原点全约束;(4)中性面边线加约束长度方向边线：UX=UZ=0;宽度方向边线：UY=UZ=0。对三维平面薄板模型在四种不同约束条件下分别计算，将结果对比可以做以下的分析：①底面边线全约束与放开一个方向的约束结果基本一致，这是因为各边施加两个方向约束后，第三个方向位移近似为 0，所以第三个方向施加约束不影响计算结果，但计算结果与理论计算结果相差较多;②在中性面边线加与底面边线相同的约束，发现两者计算结果完全不同，但较接近于理论值，因为平面板单元与理论模型均以中性面为对象进行研究的。③对底面边线只施加Z向约束，将其它两个方向约束均放开，计算结果较接近于理论值。