全预紧组合结构液压机的整体性理论研究

全预紧组合结构是当前液压机本体结构的主要发展方向，整体性是该结构形式液压机本体设计中的关键问题。本项申请将通过理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，针对全预紧组合结构液压机本体的整体性问题进行深入系统的研究，旨在探索弯曲变形及局部变形对全预紧组合结构液压机本体整体性的影响机理，揭示全预紧组合结构液压机本体整体性的主要影响因素及其影响规律，建立考虑弯曲变形和局部变形在内的液压机整体性计算模型，形成全预紧组合结构液压机本体的整体性评价系统，并积累相关基础实验数据。预期研究成果将进一步丰富和发展液压机本体设计的基础理论，为全预紧组合结构液压机的整体性评价及预紧参数计算提供更加合理的理论方法，同时可为其他预紧组合结构的整体性分析提供理论依据。

本项研究以理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，对全预紧组合结构液压机本体的整体性问题进行了深入细致的研究，分析了平移性开缝、弯曲性开缝及局部变形开缝的形成机理，研究表明弯曲性开缝是影响整体性的一个关键因素，局部变形对整体性的影响较弱。但是由于弯曲变形的存在，往往会导致结合面存在局部高应力区域，高应力区域对结构的影响是一个值得进一步研究的课题。本课题系统研究了影响全预紧组合结构液压机本体整体性的主要因素，包括结构参数、预紧方案及载荷工况等，并研究了各因素的影响规律；分别建立了考虑弯曲变形的全预紧组合结构液压机在中心载荷及偏心载荷工况下的整体性计算模型，并进行求解，得到了两种不同工况下的临界预紧力计算公式；发现了局部高应力区发生的塑形变形对液压机本体强度、刚度及整体性有着不可忽视的影响，阐述了其形成机理，同时对相应构件进行结构优化，得到了多种型面的接触面，对其进行对比分析，提出最优的方案，达到了将组合结构局部高应力区应力均匀化的目的。本项研究提出了全面考虑平移性开缝、弯曲性开缝和局部变形的液压机整体性评价指标，认为在此三种开缝形式的综合影响下，传统预紧计算理论中，仅以预紧系数来评价压机的整体性是不够的，并由此引入临界载荷和临界载荷系数，以便更加切合实际地反映压机的整体性，同时绘制了液压机整体性的评价曲线；针对某厂120MN全预紧组合结构液压机，制作了1：20左右的金属模型压机，并配备了多组拉杆及立柱，进行实验研究。通过实验获得了不同结构参数、载荷工况及预紧参数下液压机的变形特征、开缝大小、临界预紧力等整体性数据，为整体性预测曲线和临界预紧计算模型提供了实验数据及实验验证，同时为全预紧组合结构液压机的本体设计积累了大量基础实验数据。本课题的研究工作，提出的整体性计算模型较传统理论而言，由于计入了弯曲变形，更加符合工程实际情况，为全预紧组合结构液压机的整体性评价及预紧参数计算提供了更加合理的理论方法，同时也为其他预紧组合结构的整体性分析提供了理论依据。在本课题的研究过程中，已经完成论文5篇（已发表4篇，已投稿1篇）；申请发明专利1项（已提交）；形成软件注册权1项（登记号：2012SR081791）；培养硕士研究生4人（3人已毕业），博士研究生1人（在读）；参加国际会议2人次（金属成形国际会议）。课题组全面完成了任务书中规定的研究内容，实现了相应的研究目标。