引言

　　锻压设备是制造业领域一类重要的加工装备，广泛应用于汽车、航空航天、工程机械和石油化工等行业[12].有数据表明，在全球范围主要生产机床的企业中，锻压设备的产值占各类机床产值的30%左右，并且一个国家锻压机械行业的好坏也间接表明该国制造业的发展水平.[3]

　　目前，我国制造业整体稳步发展，逐渐向前，带动锻压机械的快速发展，但我国还不是锻压强国.加快锻压机械行业发展，顺应市场需求，同时对加快我国装备制造业的发展，促进以工业、国防和航空航天为代表行业的技术进步，提高综合国力具有重要意义.[4]

　　压力机机身强度和刚度的大小对压力机性能影响很大，理论计算时仅单独校核机身每个零件的强度和刚度，并且往往只选取一些潜在危险的截面进行校核.[5]为弥补理论计算的不足，采用Abaqus有限元分析软件对压力机机身进行整体有限元静力学分析，求解机身最大工作载荷时强度和刚度大小，得到压力机机身整体应力分布，找出应力最大位置，为压力机进一步设计和优化提供参考.

　　1压力机机身建模

　　1.1压力机机身三维实体建模

　　采用Pro/ENGINEER4.0建立机身的几何模型，在建模过程中，考虑到下一步有限元分析的需要，忽略模型中的倒角以及小的螺纹孔等对整体力学分析影响较小的几何细节，建立机身的几何模型，见图1.图1导入前机身的几何模型

　　1.2有限元模型建立

　　机身的横梁、立柱和底座材料为灰铸铁HT200，垫板为球墨铸铁QT5007.[6]机身材料属性见表1.将HT200赋到横梁、立柱和底座，QT5007赋到垫板，材料属性设置完成.

　　表1机身材料的参数材料密度/（kg/m3）弹性模量/Pa泊松比HT2007.2×1030.9×10110.27QT50076.9×1031.2×10110.29

　　对于各部件之间的接触关系，如机身的横梁与立柱、立柱与工作台以及垫板与工作台等通过螺栓或螺钉固定的，有5个接触对.正常工作下，面与面不脱离，也不滑移，所以用绑定处理，5个接触对均选择为tie.

　　Abaqus中处理接触关系的算法有拉格朗日乘子法、罚函数法、增广拉格朗日法和MPC多点约束算法等.其中，MPC多点约束算法通过约束方程在接触面上保证协调，可以解决不协调网格之间的连接问题，因此，机身零件接触关系采用MPC算法的tie类型.[7]

　　机身是一个装配体，横梁与立柱、立柱与工作台的作用通过面接触关系传递，且横梁、立柱和工作台均属于壁厚较大的箱体结构，划分为10节点四面体单元C3D10网格，横梁的芯轴孔是关键的受力部位，对孔的表面进行网格细化.[8]

　　同一几何体六面体划分方法比四面体划分方法网格单元少，节点数少一半.垫板具备规则的形状，划分为20节点的六面体单元C3D20网格.

　　设定各零件的网格单元尺寸，划分网格，建立有限元模型，网格划分结果见表2，机身有限元模型见图2.表2网格划分结果零件单元数/个节点数/个基本单元尺寸/mm横梁16061527613060左右立柱176913436380工作台198073529170垫板314365134360注：横梁芯轴孔处细化的单元尺寸为30mm.

　　图2机身有限元模型

　　机身网格划分质量的好坏对机身分析结果影响较大.对网格质量进行检查，单元畸变度是用来检查网格单元质量的度量，其大小在0～1之间.机身网格的单元平均畸变度为0.27，参照单元畸变度与单元质量的关系（见表3），可知此次单元划分质量很好，有限元模型成功建立.

　　表3单元畸变度与网格质量关系单元畸变度单元质量0～0.25优秀0.25～0.50很好0.50～0.80好0.80～0.95可接受0.95～0.98差0.98～1.00不可接受

　　1.3施加约束和载荷

　　给机身工作台与地基接触的面施加约束，约束自由度为6个；给4个地脚螺栓孔施加约束，约束孔的法向自由度.压力机滑块到达下止点时达到承受最大载荷的状态，给芯轴孔施加竖直向上的轴承载荷，大小为4000kN；给垫板上表面施加垂直向下的载荷，大小为4000kN；施加重力加速度大小为9806.6mm/s2.