結(jié)構(gòu)有限元分析及應(yīng)用目錄有限元法基礎(chǔ)理論03010204有限元軟件ANSYSWorkbench的基本模塊簡介結(jié)構(gòu)有限元分析應(yīng)用實例習(xí)題有限元法基礎(chǔ)理論011有限元法基礎(chǔ)理論平面問題對一些特殊情況可把空間問題近似地簡化為平面問題，只需考慮平行于某個平面的位移分量、應(yīng)變分量與應(yīng)力分量，且這些量只是兩個坐標的函數(shù)。平面問題分平面應(yīng)力問題和平面應(yīng)變問題兩類。二維連續(xù)介質(zhì)，用有限單元法分析的步驟如下:■使用虛擬直線將介質(zhì)分割成有限平面單元，直線是單元邊界，交點是節(jié)點?！黾俣ǜ鲉卧诠?jié)點上互相餃接，節(jié)點位移是基本的未知量?！隼梦灰坪瘮?shù)，通過節(jié)點位移唯一表示單元內(nèi)任一點的應(yīng)變；再根據(jù)廣義胡克定律，利用節(jié)點位移唯一表示單元內(nèi)任一點的應(yīng)力。■通過位移函數(shù)，使用節(jié)點位移唯一表示單元內(nèi)任一點的應(yīng)變；接著利用廣義胡克定律，使用節(jié)點位移唯一表示單元內(nèi)任一點的應(yīng)力?！隼媚芰吭碚业脚c單元內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)等效的節(jié)點力，再根據(jù)單元應(yīng)力與節(jié)點位移的關(guān)系，建立等效節(jié)點力與節(jié)點位移的關(guān)系。這是有限單元法求解應(yīng)力問題的關(guān)鍵步驟。■將每一單元所承受的載荷，按靜力等效原則移置到節(jié)點上?！鲈诿總€節(jié)點建立用節(jié)點位移表示的靜力平衡方程，形成一個線性方程組；解決這個方程組，得到節(jié)點位移；然后可以計算每個單元的應(yīng)力。1有限元法基礎(chǔ)理論(1)三角形單元在處理復(fù)雜邊界時表現(xiàn)出較強的適應(yīng)能力(2)一般對整體結(jié)構(gòu)分析是將離散的單元通過節(jié)點連接成原始結(jié)構(gòu)，然后進行分析。對于平面問題高次單元為了提高單元的計算精度，減小誤差，可以采用更高階次的位移模式，如六節(jié)點三角形單元或矩形單元1有限元法基礎(chǔ)理論軸對稱問題為了處理軸對稱問題，常采用圓環(huán)作為單元。這些圓環(huán)在rx平面上的截面通常取為三角形。各單元之間通過圓環(huán)形的鉸鏈連接，每個鉸鏈與rz平面的交點稱為節(jié)點。各單元在rz平面上形成三角形網(wǎng)格，類似于平面問題中各三角形單元在xy平面上形成的網(wǎng)格。然而，與平面問題不同的是，在軸對稱問題中，每個單元的體積都是一個圓環(huán)的體積。（1）假定物體的形狀、約束條件及載荷都是軸對稱的，這時只需分析一個截面（2）每個點都有四個應(yīng)變分量（3）在軸對稱問題中，任一點具有四個應(yīng)力分量（4）根據(jù)虛位移方程，沿著整個圓環(huán)求體積分（5）根據(jù)節(jié)點的半徑和單位長度鉸上的徑向載荷和軸向載荷可求解作用在整個圓環(huán)形鉸上點載荷1有限元法基礎(chǔ)理論空間問題在彈性力學(xué)中，平面問題和軸對稱問題是空間問題的特殊情況。然而，在實際工程中，一些結(jié)構(gòu)由于形態(tài)復(fù)雜，難以簡化為平面問題或軸對稱問題，必須采用空間問題的解決方法。在空間問題中，最簡單的單元是具有四個角點的四面體（1）四面體單元是最早、也是最簡單的空間單元。其以四個角點i、j、m、p為節(jié)點。每個節(jié)點有三個位移分量為（2）在空間應(yīng)力問題中，每個點具有6個應(yīng)變分量（3）單元應(yīng)力可用節(jié)點位移表示為（4）根據(jù)虛位移原理，即求解單元剛度矩陣。（5）通過與平面問題中同樣地推導(dǎo)得到類似的節(jié)點載荷計算公式。（6）實際工程中，為了保證計算精度，需要采用密集的計算網(wǎng)格，這會導(dǎo)致節(jié)點數(shù)量增加，從而產(chǎn)生龐大的方程組。然而，通過采用高次位移模式，單元中的應(yīng)力可以被視為變化的。這樣一來，我們可以用較少的單元和自由度來達到所需的計算精度，從而降低方程組的規(guī)模。1有限元法基礎(chǔ)理論單元與整體分析有限單元法的核心是建立單元剛度矩陣。一旦建立了單元剛度矩陣，通過適當(dāng)?shù)慕M合，就可以得到平衡方程組，之后只需要進行一些代數(shù)運算。在彈性力學(xué)平面問題的計算中，通常使用直觀方法來建立單元剛度矩陣。這種方法的優(yōu)點是易于理解，初學(xué)者可以建立清晰的力學(xué)概念。然而，直觀方法也有一些缺點。一方面，對于復(fù)雜的單元，使用直觀方法建立單元剛度矩陣會比較困難。另一方面，直觀方法也無法提供收斂性的證明。為了克服這些缺點，可以將能量原理應(yīng)用于有限單元法。能量原理為建立有限單元法的基本公式提供了強有力的工具。在各種能量原理中，虛位移原理和最小勢能原理是應(yīng)用最為方便的，因此得到了廣泛的采用。1有限元法基礎(chǔ)理論與傳統(tǒng)的靜力學(xué)分析相比，當(dāng)機械結(jié)構(gòu)在實際運行中遇到隨時間變動的載荷時，為了確保其穩(wěn)定性和可靠性，必須進行深入的動力學(xué)分析。動力學(xué)分析的目的是預(yù)測結(jié)構(gòu)的動態(tài)行為，固有特性分析是結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析中核心部分，通過求解結(jié)構(gòu)的固有頻率（特征值)和模態(tài)振型（特征向量），獲得結(jié)構(gòu)在不同頻率下的振動特性。響應(yīng)分析則是基于固有特性的結(jié)果，進一步研究結(jié)構(gòu)對各種激勵信號的反應(yīng)情況。動力學(xué)問題的有限元法允許將復(fù)雜的系統(tǒng)分解成有限數(shù)量的單元，每個單元都具有一定的物理意義和力學(xué)屬性。有限元軟件

ANSYS

Workbench

的基本模塊簡介0201PARTONEANSYSWorkbench

分析基本流程2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介2.1ANSYSWorkbench分析基本流程ANSYSWorkbench的分析過程主要包括初步確定、前處理、求解以及后處理，其中初步確定為分析前的準備工作，后三個為基本操作步驟。02PARTONE靜力學(xué)分析靜力學(xué)分析簡介靜力學(xué)分析是一種基本且廣泛應(yīng)用的分析類型。其主要特征包括：■線性材料行為：分析中假設(shè)材料具有線性彈性特性，即應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是線性的。這意味著材料在受力作用下的變形是可恢復(fù)的，不會發(fā)生塑性變形或斷裂?！鲂∥灰啤⑿?yīng)變、小轉(zhuǎn)動：線性靜力學(xué)分析假設(shè)結(jié)構(gòu)的變形是小的，即結(jié)構(gòu)在加載下的位移、應(yīng)變和轉(zhuǎn)動都較小。因此，線性分析適用于小變形情況，不考慮大變形效應(yīng)?！鲮o態(tài)平衡：分析考慮的是結(jié)構(gòu)在靜態(tài)荷載作用下的行為，忽略了慣性和阻尼效應(yīng)。結(jié)構(gòu)在靜態(tài)荷載下處于靜力平衡狀態(tài)，不考慮時間變化?！龀浞旨s束：由于靜態(tài)平衡的要求，結(jié)構(gòu)必須受到充分的約束，以防止無限制的自由變形。靜力學(xué)分析通常用于評估結(jié)構(gòu)在靜態(tài)加載下的應(yīng)力、變形和位移等情況。雖然簡化了許多實際工程問題的復(fù)雜性，但線性分析仍然是工程設(shè)計和優(yōu)化中最常用的方法之一，特別是在設(shè)計初期的概念驗證和快速評估階段。2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介靜力學(xué)分析簡介ANSYSWorkbench的線性靜力學(xué)分析能夠?qū)⒍喾N載荷組合在一起進行綜合分析。以ANSYSWorkbench2020R2版本為例，圖展示了其平臺界面以及進行靜力學(xué)分析的項目單元。其中，項目A描述了使用ANSYS軟件內(nèi)置求解器進行靜力學(xué)分析的流程步驟。包含了A1~A7共7個單元格，從上至下依次代表的是：2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介線性靜力學(xué)分析基礎(chǔ)由經(jīng)典力學(xué)理論可知，物體的動力學(xué)方程為：公式中，M表示質(zhì)量矩陣；C表示阻尼矩陣；K表示剛度矩陣；x表示位移矢量；F(t)表示力矢量；x'是速度矢量；x"是加速度矢量。而對于一個線性靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，不再考慮時間的變化，即與t相關(guān)的都被忽略，上式可轉(zhuǎn)化為：公式中，[K]表示一個常量矩陣，它假設(shè)材料為線彈性行為，復(fù)合小變形理論，可能包含一些非線性的邊界條件；{F}表示施加于模型上的靜態(tài)力，不包含慣性影響(質(zhì)量、阻尼)。2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介■材料庫應(yīng)用程序■DesignModeler應(yīng)用程序■Mechanical應(yīng)用程序材料的設(shè)置與添加可進入Engineering

Data

source創(chuàng)建，編輯，檢索材料模型的建立與修改執(zhí)行結(jié)構(gòu)分析、熱分析和電磁分析在Mechanical應(yīng)用程序中，可以定義模型的環(huán)境載荷情況、求解分析和設(shè)置不同的結(jié)果形式。2.分析設(shè)置求解步控制求解控制分析數(shù)據(jù)管理器3.載荷與約束加速度和重力加速度壓力與集中力約束4.求解模型選取直接求解器迭代求解器5.后處理各個方向變形及總變形應(yīng)力應(yīng)變分量主應(yīng)力應(yīng)變或者應(yīng)力應(yīng)變不變量接觸輸出反作用力1.網(wǎng)格劃分自動網(wǎng)格劃分四面體網(wǎng)格劃分六面體主導(dǎo)網(wǎng)格劃分掃掠法多區(qū)法膨脹法2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介03PARTONE模態(tài)分析模態(tài)分析是最基本的線性動力學(xué)分析，用于分析結(jié)構(gòu)的自振頻率特性，包括固有頻率、振型及振型參與系數(shù)。模態(tài)分析還是其他線性動力學(xué)分析的基礎(chǔ)，如響應(yīng)譜分析、諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)動力學(xué)分析等均需在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上進行。2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介01附加幾何模型02設(shè)置材料屬性（楊氏模量、泊松比和密度）03定義接觸的區(qū)域（如果有）04定義網(wǎng)格控制(可選擇)05施加載荷和約束06設(shè)置頻率測試選項07求解08查看結(jié)果2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介懸臂梁六階模態(tài)結(jié)果圖2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介04PARTONE諧響應(yīng)分析諧響應(yīng)(HarmonicResponse)分析研究結(jié)構(gòu)在不同持續(xù)頻率的周期荷載作用下的動力響應(yīng)，計算結(jié)果與載荷直接相關(guān)，所受的荷載為周期性簡諧荷載，表現(xiàn)為正弦或余弦形式。諧響應(yīng)分析的目的是計算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)并得到一些響應(yīng)值對頻率的曲線,這樣就可以預(yù)測結(jié)構(gòu)的持續(xù)動力學(xué)特征,從而驗證其設(shè)計能否成功地克服共振、疲勞及其他受迫振動引起的有害效果。由經(jīng)典力學(xué)理論可知，物體的動力學(xué)通用方程為公式中，M表示質(zhì)量矩陣；C表示阻尼矩陣；K表示剛度矩陣；x表示位移矢量；F(t)表示力矢量；x'是速度矢量；x"是加速度矢量。而在諧響應(yīng)分析中，上式的右側(cè)為2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介0102(1)建立有限元模型，設(shè)置材料屬性。03(2)定義接觸的區(qū)域。04(3)定義網(wǎng)格控制(可選擇)。05(4)施加載荷和邊界條件。06(5)定義分析類型。07(6)設(shè)置求解頻率選項。08(7)對問題進行求解。(8)后處理查看結(jié)果。2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介以模態(tài)分析中的懸臂梁為例，將HarmonicResponse項目拖到模態(tài)分析模塊的Solution上進行B2:B6的共享，并且對B6結(jié)果已經(jīng)進行了傳輸直接對懸臂梁的上方施加一個X方向大小為250N的力(Force)，單擊AnalysisSetting，在屬性窗格中更改RangeMaximum為50Hz、SolutionIntervals為50，在DampingControls中設(shè)置DampingRatio為0.02，即可完成諧響應(yīng)分析的設(shè)置插入FrequencyResponse中的Deformation，選中梁的上面，應(yīng)用后在SpatialResolution中選擇UseMaximum，更改Orientation為XAxis2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介求解更改屬性窗格中的更改相位角XPhaseAngle為90°，求解2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介05PARTONE瞬態(tài)分析瞬態(tài)動力學(xué)分析(transientstructural)(亦稱時程分析)是用于確定承受任意隨時間變化的載荷結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)的一種方法，用于確定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷、瞬態(tài)載荷和簡諧載荷的隨意組合下隨時間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及力。慣性力和阻尼在瞬態(tài)動力學(xué)中非常重要，如果慣性力和阻尼可以忽略，則可以用靜力學(xué)分析代替瞬態(tài)分析。ANSYSWorkbench有兩種方法求解上述方程，即隱式求解法和顯式求解法2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介21■ANSYS使用Newmark時間積分法，也稱為開式求解法或修正求解法。■積分時間步可以較大，但方程求解時間較長(存在收斂問題)。4■當(dāng)前時間點的位移由包含時間點的方程推導(dǎo)出來。3■除時間步必須很小以外，對大多數(shù)問題都是有效的。隱式求解法:2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介215■ANSYS-LS/DYNA方法，也稱為閉式求解法或預(yù)測求解法。■積分時間步必須很小，但求解速度很快(沒有收斂問題)?！龇e分時間步的大小僅受精度條件控制，無穩(wěn)定性問題。4■當(dāng)前時間點的位移由包含時間點的方程推導(dǎo)出來。3■可用于波的傳播、沖擊載荷和高度非線性問題。顯式求解法:2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介以模態(tài)分析中的懸臂梁為例，將TransientStructural項目拖到模態(tài)分析模塊的Solution上進行B2:B6的共享，并且對B6結(jié)果已經(jīng)進行了傳輸2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介打開Mechanical應(yīng)用程序，此時模型、材料、網(wǎng)格處均顯示“√”，說明不需要再次設(shè)置。由于共享了Modal(B5)中的結(jié)果，因此約束設(shè)置、各界模態(tài)的結(jié)果也被傳輸?shù)街C響應(yīng)分析的項目中。對懸臂梁添加一個大小為1kN動態(tài)力載荷，右擊Transient(D5)，選擇梁的上面插入X方向的力Force2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介應(yīng)用后單擊AnalysisSettings進行分析設(shè)置。在NumberOfSteps欄中輸入3，表示計算共有三個分析步。在CurrentStepNumber欄中輸入1，表示當(dāng)前分析為步驟1。在StepEndTime欄中輸入0.1s，表示這個分析步持續(xù)時間為0.1s。在TimeStep欄中輸入1.e-002s，表示時間步為0.01s。以同樣的方式對另外兩個分析步進行設(shè)置，在CurrentStepNumber欄中輸入2，表示當(dāng)前分析為步驟2。在StepEndTime欄中輸入2s，表示這個分析步持續(xù)時間為2s；在CurrentStepNumber欄中輸入3，表示當(dāng)前分析為步驟3。在StepEndTime欄中輸入8s，表示這個分析步持續(xù)時間為8s，設(shè)置好的動態(tài)載荷時程。2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介返回點擊Force命令，彈出一個TabularDate的表格，按照表載荷時間表中的數(shù)值進行修改，可以獲得圖所示的載荷時程曲線。2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介選擇Transient(D5)→AnalysisSettings命令,在出現(xiàn)的Detailsof“AnalysisSettings”面板中進行如下設(shè)置。在DampingControls-NumericalDamping欄中選擇Manual選項在NumericalDampingValue欄中將阻尼比改成0.5。2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介設(shè)置完成后即可進行瞬態(tài)動力學(xué)分析的求解，獲得瞬態(tài)分析位移云圖與響應(yīng)曲線2有限元軟件ANSYS

Workbench的基本模塊簡介結(jié)構(gòu)有限元

分析應(yīng)用實例033結(jié)構(gòu)有限元分析應(yīng)用實例2、重型鍛壓機床鋼結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析NO.21、模切機刀架靜力學(xué)分析NO.13、硬巖盾構(gòu)刀盤盤體模態(tài)分析NO.34、硬巖盾構(gòu)刀盤盤體諧響應(yīng)分析NO.45、硬巖盾構(gòu)刀盤盤體瞬態(tài)分析NO.501PARTONE模切機刀架靜力學(xué)分析3.1模切機刀架靜力學(xué)分析旋轉(zhuǎn)模切機是一種紙包裝和印刷后道機械設(shè)備，主要用于模切（全斷、半斷）、壓痕和燙金作業(yè)等。模切壓力過小或過大可能會引起刀架甚至整個機架的結(jié)構(gòu)靜強度剛度可能無法滿足要求，使得整個系統(tǒng)的靜性能、可靠性及疲勞壽命等指標難以滿足設(shè)計要求。

計算所用單元為實體單元。結(jié)構(gòu)材料參數(shù)，彈性模量E=210GPa，剪切模量G=81GPa，泊松比μ=0.3。計算準則：強度、剛度計算時要符合所依據(jù)的規(guī)范；

結(jié)構(gòu)最不利工況時的局部應(yīng)力集中要小于材料的屈服極限。3.1模切機刀架靜力學(xué)分析為有效地利用計算機資源,提高計算效率,在建立有限元模型過程中，有必要在符合結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的前提下，對結(jié)構(gòu)做合理的簡化，以便后繼的仿真分析能順利進行：(1)用三維建模軟件SpaceClaim去除刀架結(jié)構(gòu)上的裝配孔，處理時只保留了相互連接處的重要孔及較大的工藝孔；(2)去除各螺栓及螺紋，直接采用綁定接觸處理；(3)去除內(nèi)部支撐軸承，分析時采用等效軸承力代替。(4)為了減小模型求解規(guī)模，分析時，將刀架底部支撐結(jié)構(gòu)簡化為剛性約束。有限元網(wǎng)格劃分對分析結(jié)果有很大的影響，需要選擇合適的網(wǎng)格劃分方法和控制恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)格大小，進而提高計算效率和保證結(jié)果的可行性。

將簡化后的刀架模型導(dǎo)入ANSYSWorkbench中，采用自動綁定接觸算法（bonded）建立模型內(nèi)部的接觸對。采用六面體網(wǎng)格占優(yōu)的方法(HexDominantMethod)進行網(wǎng)格劃分，手動控制網(wǎng)格大小，細化局部區(qū)域網(wǎng)格，不斷調(diào)試獲得高效可行的刀架有限元網(wǎng)格模型。

劃分網(wǎng)格后生成：節(jié)點數(shù)115419個，單元數(shù)27292個3.1模切機刀架靜力學(xué)分析3.1模切機刀架靜力學(xué)分析邊界條件施加刀架底部設(shè)置固定副約束，模擬刀架被固定在地面上；添加重力，豎直向下；軸承力分別被施加在四個位置，其大小為130kN。3.1模切機刀架靜力學(xué)分析計算結(jié)果分析

刀架整體等效應(yīng)力分布云圖該工況下刀架結(jié)構(gòu)大部分應(yīng)力集中在100Mpa以下，最大應(yīng)力約為217MPa，出現(xiàn)在軸承支撐部位，該計算結(jié)果包含焊縫區(qū)域未處理造成的計算誤差，實際應(yīng)力會小于該最大值。因此，刀架在該工況下計算結(jié)果小于材料的許用應(yīng)力極限，結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求。

刀架整體變形分布云圖刀架最大變形量為0.09mm，同樣發(fā)生在軸承支撐部位，整體變形不大，基本上處于0.05mm以下，整體變形分布合理，能夠滿足結(jié)構(gòu)剛度要求。02PARTONE重型鍛壓機床鋼

結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析3.2重型鍛壓機床鋼結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析基于合肥某鍛壓機床廠的RZU2000型鍛壓機圖紙進行三維建模，計算所用單元為實體單元。結(jié)構(gòu)材料選用鋼材料，密度ρ=7890kg/m3，泊松比μ=0.3。鍛壓機是一種用于金屬沖壓加工的重要設(shè)備，其工作狀態(tài)的模擬和參數(shù)的設(shè)計與計算是其安全、可靠的關(guān)鍵。因此，需要對其結(jié)構(gòu)靜力學(xué)進行分析。3.2重型鍛壓機床鋼結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析基本假設(shè)與模型簡化STEP5STEP4STEP3STEP2STEP1(1)在加工過程中，去掉了機械結(jié)構(gòu)上的安裝孔，在加工時僅保留了重要的孔洞和較大的加工孔洞；(2)去除各螺栓及螺紋，直接采用綁定接觸處理；(3)忽略焊縫對分析結(jié)構(gòu)的影響，去除焊接坡口；(4)為了減小模型求解規(guī)模，分析時，將機床鋼結(jié)構(gòu)底部支撐結(jié)構(gòu)簡化為剛性支撐約束，壓塊對機體的作用可以用分布力來代替；(5)簡化油缸的結(jié)構(gòu)，將其等效為2000噸的壓力。案例的基本等效說明：3.2重型鍛壓機床鋼結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析有限元網(wǎng)格劃分采用六面體網(wǎng)格占優(yōu)的方法進行網(wǎng)格劃分，并通過手工控制網(wǎng)格尺寸，對局部網(wǎng)格進行精細化，并通過反復(fù)調(diào)整得到了有效的、切實可行的機體有限元模型。模型網(wǎng)格劃分之后，節(jié)點數(shù)：305118；單元數(shù)；59699。工況為鍛壓機不工作時，對鍛壓機床底部進行固定副約束，模擬機床放置在地面上，同時鍛壓機床受到地球的重力。鍛壓機受到預(yù)緊力，其數(shù)值大小為2.548e7N工況為鍛壓機產(chǎn)生最大公稱力時，對鍛壓機床底部進行固定副約束，模擬機床放置在地面上，同時鍛壓機床受到地球的重力。鍛壓機受到預(yù)緊力，其數(shù)值大小為2.548e7N，工作工程中，鍛壓力最大數(shù)值為1.96e7N工況一的載荷加載下鍛壓機的最大變形處發(fā)生在上橫梁螺栓孔處，約1.38mm。工況一的載荷加載下鍛壓機的最大應(yīng)力處發(fā)生在上橫梁螺栓孔處，約為249MPa，數(shù)值趨近材料屈服強度。工況二的載荷加載下鍛壓機的最大變形處發(fā)生在上橫梁油缸孔處，約0.88mm。工況二的載荷加載下鍛壓機的最大應(yīng)力處發(fā)生在上橫梁螺栓孔處，約為296MPa，區(qū)域不大，整體情況低于材料屈服強度。03PARTONE硬巖盾構(gòu)刀盤盤體

模態(tài)分析3.3硬巖盾構(gòu)刀盤盤體模態(tài)分析全斷面隧道掘進機(FullFaceRockTunnelBoringMachine，即TBM)屬于高端的地下工程施工機械，整機的核心工作部件是TBM刀盤，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系都有著相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，再加上TBM實際圍巖地質(zhì)環(huán)境的惡劣性及掘進參數(shù)的多變性，使得系統(tǒng)承受空間分布載荷，振動問題尤其突出，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的非正常失效。因此，需要對硬巖盾構(gòu)刀盤盤體進行振動特性分析，為提高硬巖刀盤的動態(tài)特性和可靠性提供基礎(chǔ)。采用面板式的刀盤盤體進行研究，配合相關(guān)掘進參數(shù)進行三維建模，刀盤主直徑為8416mm。3.3硬巖盾構(gòu)刀盤盤體模態(tài)分析基本假設(shè)與模型簡化01（1）在加工過程中，去掉了機械結(jié)構(gòu)上的安裝孔，在加工時僅保留了重要的孔洞和較大的加工孔洞；02（2）去除各螺栓及螺紋，直接采用綁定接觸處理；03（3）忽略焊縫對分析結(jié)構(gòu)的影響，去除焊接坡口；本案例的基本等效說明：有限元網(wǎng)格劃分：3.3硬巖盾構(gòu)刀盤盤體模態(tài)分析刀盤盤體結(jié)構(gòu)的固有特性，是不存在外部激勵時盤體本身發(fā)生的自由振動。刀盤進行邊界約束，采用固定副，固定TBM刀盤盤體，求解硬巖刀盤結(jié)構(gòu)的前六階固有頻率及相應(yīng)振型。(1)刀盤前六階振動均以繞中心平面的彎曲振動為主(2)85.71Hz為此硬巖刀盤一階的固有頻率。依照某文獻的數(shù)據(jù)，掘進機滾刀切割某類巖石時頻率大概是2-10Hz。TBM掘進機正常工作時頻率較低，因此刀盤共振將不會產(chǎn)生。04PARTONE硬巖盾構(gòu)刀盤盤體

諧響應(yīng)分析3.4硬巖盾構(gòu)刀盤盤體諧響應(yīng)分析本案例探究不同工況運行下的硬巖刀盤在實際簡諧載荷作用下刀盤結(jié)構(gòu)的共振響應(yīng)大小。模型采用上一案例建模完成的刀盤模型。對案例進行基本假設(shè)和簡化，并進行有限元網(wǎng)格劃分。TBM刀盤在工作中包含四種典型工況：01最大推力工況02最大傾覆力矩工況03轉(zhuǎn)彎糾偏工況04脫困工況3.4硬巖盾構(gòu)刀盤盤體諧