项目来源：福建省计量科学研究院 项目编号:
60MN叠加式力标准机是由福建省计量科学研究院研究设计的世界上量程最大的力标准装置设备。主要用于标准测力仪、力传感器、荷载箱、千斤顶、橡胶支座等项目的检测。研制成功后，将使我国大力值计量达到国际领先水平，对巩固我国力值计量测试技术的国际地位，提升国家工业、国防及科学研究领域的战略竞争力具有特别重要的意义。所以在投入生产前对60MN叠加式力标准机主要部件的安全性分析和计算对该标准机的设计尤为重要。该标准机机架为全焊接结构，在投入生产前，必须要对力标准机的主要受力部件进行强度和刚度的校核,分析采用了大型有限元结构分析软件ANSYS对60MN叠加式力标准机的整体焊接框架及三种承压板组合进行强度和刚度的计算分析，为该标准机的安全检定提供依据。
图1 60MN力标准机
1.力学模型
通过对60MN叠加式力标准机的结构原理及框架的受力分析，主要对整个焊接框架及三种承压板组合（包括油缸承压板、传感器升降板和传感器座）进行强度计算分析。
焊接框架三维模型如图1所示。
图2 焊接框架三维模型
2.焊接框架有限元模型
采用大型有限元前处理软件ANSA对焊接框架进行网格划分，采用ANSYS提供的空间实体单元进行离散化，有限元网格如图3.4所示。
图3 焊接框架有限元网格模型 图4 12×5MN传感器承压板组合有限元网格模型
3.焊接框架静力学结果分析
框架Von Mises应力云图如图5所示，框架位移矢量图如图6，7所示
图5 框架Von Mises应力云图
图6 60MN-对中框架X向位移图 图7 60MN-对中框架总体位移图
4.承压板组合静力学结果
以12×5MN传感器承压板组合为例，应力云图如下图8，传感器承压板组合位移图如图9所示。
图8 12×5MN传感器承压板组合Von Mises应力云图 图9 12×5MN传感器承压板组合位移图
5、结论与建议
1、通过对60MN叠加式力标准机焊接框架进行结构有限元计算分析，形成如下结论及建议：
（1）可拆面板和压头最大Von Mises等效应力均小于200MPa，面板和压头满足40Cr材料的屈服极限和强度极限。
（2）下梁采用Q235材料，下梁能满足强度要求。
（3）上梁加强肋板与其下面板焊接处的Von Mises等效应力值有较大区域超过材料Q235屈服极限。
建议该处加强筋板和下面板更换力学性能更好的材料，或做结构改动.改动前后对比参考图10、11
图10 上梁结构改动前 图11上梁结构改动后
（5）从构件尺寸和构建的最大总体矢量可知，各构件变形量很小，符合要求。
2、通过对三组传感器承压板组合分别进行结构有限元计算分析，形成如下结论及建议：
（1）最大Von Mises等效应力值发生在与传感器接触面外边缘，传感器座和板1、3超过300MPa的区域较大，需要考虑结构的更换或选择力学性能较好的材料。
（2）最大Von Mises应力值位于升降板1底面四个角与升降板2焊接处，需要考虑结构的更换或选择力学性能较好的材料。
（3）最大Von Mises应力值位于传感器座与传感器接触面外边缘，需要考虑结构的更换或选择力学性能较好的材料。
（4）从构件尺寸和构件的最大总体矢量可知，各构建变形量很小，符合要求。
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