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大型鍛壓機作為一種重要的金屬壓力加工設備，其在國民經濟各部門獲得了廣泛的應用。鍛壓機大都采用了三梁(上梁、下梁和動梁)四柱(四個預應力結構的拉桿壓套結構)的結構型式，并且其主要結構件均由鑄鋼澆鑄而成。下橫梁通常是壓機的工作平臺，對大型鍛壓機而言由于受鑄造工藝及設備條件的限制，通常其下橫梁一般由幾塊鑄件通過端面鍵及拉桿預緊組合而成。
因此，在壓機的設計過程中，如何做到使組合梁的強度剛度達到設計要求就成了大型鍛壓機設計的關鍵技術之一。由于各組合件自身結構比較復雜，加之它們之間采用了組合方式，因此對其進行結構強度和剛度分析就不能將其視為一個整體，從而利用經典的材料力學方法或一般意義上的靜態有限元分析方法。而應該利用可變形體的三維接觸有限元分析方法對其進行研究。從理論上講，在對組合體的接觸分析中如果能做到其接觸面既無分離、穿透，也無相對滑移，在此情況下才可以將組合結構視為一個整體進行分析，或者說，此時的組合結構可以從理論上達到整體結構的效果，但實際中很難達到這一點。
因此，對組合結構進行三維接觸有限元強度剛度分析就顯得非常重要。165MN自由鍛造油壓機及配套設備關鍵技術研究作為“十一五”國家科技支撐計劃重點項目，旨在研制一臺全國產化的大型鍛壓設備，以滿足我國特大型鍛件制造的急需。其下橫梁采用了組合梁結構，如圖所示。由圖可見，組合下橫梁其由四部分組成，兩個中間段，兩個外伸段，中間段是兩個結構基本相同的主梁，外伸段作為輔梁。主輔梁之間通過上下兩排預緊拉桿緊固在一起，主梁與主梁之間，以及主梁與輔梁之間采用了端面鍵聯接結構，由此構成了一個特殊的組合梁。在設計中如何保證這一組合梁結構其強度和剛度滿足要求，就成了設計工作的難點和重點。為此采用了三維接觸有限元軟件對此組合結構進行了深入分析和研究。
鑒于SolidEdge軟件的強大幾何建模功能，采用在SolidEdge軟件中進行三維實體建模，并通過接口模塊將所建的模型導入Marc軟件中，由于下橫梁沿其長度方向前后對稱，為了減少計算時間，本文取其二分之一進行分析。邊界條件需根據鍛壓機的不同工作狀態進行確定，為了校驗鍛壓機下橫梁的強度需選擇其中最惡劣的工況進行分析，即鍛壓機處于滿載工況，上橫梁三缸同時工作，每缸工作壓力為5543t，此時下橫梁工作面中心處承受工作壓力，該壓力均勻分布于面積為(1100x3600)mm的下橫梁工作臺面上。由于下橫梁為組合梁，因此其在工作前需先通過上排五根拉桿和下排四根拉桿的預緊作用緊固在一起后方能進行鍛造，此處單根拉桿的預緊力為1115t，下橫梁是由兩主梁和兩輔梁裝配組成，其彼此之間是相互接觸的，為了提高計算精度，本研究使用8節點六面體單元來模擬此接觸狀態，并對下橫梁的一些關鍵部分進行了細化。
兩主梁和輔梁為鑄鋼材料，彈性模量為E=2.0xe5MPa，泊松比u=0.3；拉桿彈性模量為E=2.0xe5MPa，泊松比u=0.3在進行三維接觸有限元計算時需設置一些接觸選項，主要有定義接觸體和接觸體對、設置接觸容限和偏斜系數，指定摩擦系數等。Marc的接觸分析可以定義三類接觸體即可變形接觸體、剛性接觸體、有熱傳導的剛性接觸體，根據實際情況在這里只將可能發生接觸的單元都定義為可變形接觸體，需注意的是可能發生接觸的單元指的是那些單元中有一單元面為變形體接觸面的單元，這樣作的目的是為了減少接觸判斷的時間、提高計算的效率，同樣的為了這一目的，在定義完可變形接觸體后還需再定義接觸體對，即將可能發生接觸的兩個變形體設置為一個接觸體對，以避免不必要的接觸判斷。接觸段上的接觸容限是用于判斷節點是否與接觸段發生接觸。
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