基于有限元分析的龙门机床横梁动力学研究

发布时间：2017-04-20 02:05

  本文关键词：基于有限元分析的龙门机床横梁动力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：众所周知,对于我国现代航空航天业来讲,高速大型五坐标的龙门加工中心是工业产业链上必不可少的精华加工设备,更是是衡量我们国家是否在机床制造业行业拥有高水平的一个重要标准。在技术上,核心关键技术还没有完全掌握,亟待突破。机床结构、控制技术和新技术采用等还有待于与国际先进技术接轨。同时由于高端产品对于精密性的高要求,在技术上还处于薄弱环节,大量关键功能部件极度依赖外贸进口。关于机床行业产品在其基础功能、生产性能、精度要求以及技术可靠性等上面还有着进一步发展和提高的空间。大批量规模化和产业化,以及精密制造工艺技术等还有待于研究和提高。本文主要研究内容包括介绍参数化、变量化设计和结构优化设计研究现状,以及有限元分析理论及有限元方法介绍和结构拓扑优化理论介绍。通过对横梁的受力分析及载荷处理,运用Solidworks对于横梁的参数化有限元建模,在导入workbench后,先改变材料属性,经过对模型的网格划分与加载荷约束后,对横梁进行静态特性分析,得到横梁结构在正常工作载荷下的弯曲与扭转变形情况。通过对横梁的静态分析、模态分析、谐响应分析、响应谱分析后,针对横梁的强度与刚度需求,增强横梁动态稳定性,改变横梁表面的工艺孔型形状与内部尺寸。然后在以增强横梁动态稳定性为驱动目标的方法下,对参数化模型进行动力学优化设计,最终优化后的横梁前六阶固有频率平均增加了20%,有效的加强了横梁结构的动态性能。在正常工作环境下,对横梁进行屈曲模态分析,在非保守情况下,分析计算出横梁的临界载荷为26000kg,为后期横梁的工作部件加载提供了参考。最后,在workbench环境下以增强横梁稳定性为研究方向,试探性的对横梁的结构预应力反形变研究。
【关键词】：有限元分析 动态稳定性 预应力 屈曲 机床横梁
【学位授予单位】：陕西理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH213.5
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究的背景及意义10-11
• 1.1.1 研究的背景10
• 1.1.2 研究的意义和必要性10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 机床结构部件特性研究11-12
• 1.2.2 机床结构建模与优化12-14
• 1.3 有限元分析的应用及发展14-16
• 1.3.1 有限元理论的应用14
• 1.3.2 参数化设计和结构优化设计研究现状14-15
• 1.3.3 优化设计研究现状15-16
• 1.4 课题主要研究内容16-18
• 第2章 有限元理论分析18-23
• 2.1 有限元研究理论分析18-22
• 2.1.1 有限元分析基本步骤18-20
• 2.1.2 有限元方法介绍20-21
• 2.1.3 ANSYS Workbench软件介绍21-22
• 2.2 结构动力学阻尼分析22-23
• 第3章 横梁的静态特性分析23-35
• 3.1 横梁结构特点及分析23-24
• 3.1.1 横梁结构特点23
• 3.1.2 横梁结构的动静态特性分析23-24
• 3.2 横梁的受力分析24-29
• 3.2.1 静力学分析理论24-25
• 3.2.2 横梁所受载荷的来源25-26
• 3.2.3 切削力的计算26-29
• 3.3 横梁实体模型建立29-32
• 3.3.1 横梁模型建立29-31
• 3.3.2 网格划分31-32
• 3.4 横梁的静态分析32-35
• 3.4.1 横梁的静态分析目的32
• 3.4.2 载荷的施加32-35
• 第4章 横梁的动力学分析及优化35-55
• 4.1 横梁结构的动态特性分析概述35
• 4.2 横梁的模态分析35-40
• 4.2.1 模态理论分析35-36
• 4.2.2 频率、阵型与基本频率36-37
• 4.2.3 载荷和边界条件设置37-40
• 4.3 横梁结构的谐响应分析40-45
• 4.3.1 谐响应分析理论以应用40-41
• 4.3.2 workbench中的谐响应分析41
• 4.3.3 确定激振力41-45
• 4.4 横梁的响应谱分析45-48
• 4.5 以响应频率为目标的横梁优化48-55
• 第5章 横梁的屈曲分析55-63
• 5.1 屈曲分析概述55-57
• 5.2 横梁的屈曲分析57-63
• 第6章 横梁的预应力模态分析63-70
• 6.1 实现横梁的反变形方式63
• 6.2 预应力原理与施载方式63-65
• 6.3 横梁反变形预应力计算65-67
• 6.4 预应力横梁反变形分析67-70
• 总结70-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果76-77
• 致谢77

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