水切割机关键高压结构件参数化分析优化系统设计及其实现

发布时间：2020-06-06 21:39

【摘要】：自二十世纪九十年代起,水切割与激光、离子束、电子束等合称现代切割四大高新技术,水切割机床即是水切割技术应用的代表。增压器为水切割机床核心,增压器关键高压结构件在工作时,承受着持续的周期性交变高压水压的作用,其工作性能直接影响整个水切割机床的工作状态。因此,需要对增压器关键高压结构件开展静力分析、模态分析、结构优化、疲劳寿命预测等工作。而关键高压结构件具有系列化结构设计特点,针对此特点,开发专用的参数化分析优化系统,可以大大减少重复劳动,提高开发效率。有限元法是现代零部件设计中常用的分析方法,国外基于有限元法开发出众多成熟商用软件,典型的有ANSYS、ABAQUS等。一般有限元分析软件操作较为繁琐,需要使用人员有一定的理论基础。针对各个关键高压结构件具有相同的结构设计的特点,本文选择利用ANSYS提供的二次开发语言APDL,进行参数化有限元分析优化系统的开发,加快CAE分析的速度,缩短产品设计周期。本课题以企业提供的水切割机关键高压结构件为研究对象,根据其零部件结构特点及分析优化需求,利用MFC开发了水切割机床关键高压结构件参数化分析优化系统。本文具体研究内容如下:1.根据关键高压结构件工作特点及使用要求,确定分析及优化需求,开展系统需求分析。选择开发工具,确定系统工作原理及工作流程,设计系统整体架构,设计系统功能模组。2.根据关键高压结构件结构特点,确定其参数化方案,并建立参数化有限元模型,编写相应的APDL命令流文件。根据分析优化需求,编写关键高压结构件参数化分析优化有限元程序。3.采用MFC在visual studio集成开发环境下,根据系统架构、工作原理及流程,编写相应的程序,具体实现关键高压结构件参数化分析优化系统。并设计了ACCESS数据库,用于存储系统信息及分析优化结果。最后,根据企业提供的关键高压结构件几何参数及工况,进行实例计算,验证本系统的可行性。CAD设计完成后,应用本系统可以发现结构存在的问题,而不是在实验阶段才发现,减少了实验次数。本系统可以校核关键高压结构件的静强度,计算出固有频率,疲劳寿命预测,并实现轻量化优化设计,解决了关键高压结构件强度校核问题,防止共振现象的发生,预测使用寿命,减少了原材料的使用等。
【图文】：

结构件,实物

割机关键高压结构件的设计具有系列化、规格化的特点，，产品结构格产品间主要的区别在于尺寸的改变和工艺的微调。在产品开发过个系列的产品建立有限元模型，则重复劳动大，效率低。因此，提取数及载荷和约束，实现参数化建模，大大提高建模效率，加快分析的设计周期。本章简要描述关键高压结构件力学模型及参数化建模高压结构件工作特点及要求发生器是水切割机床的核心，其是超高压水产生之处，也是零部件承处。本文以南京大地水刀公司的七个关键高压结构件为研究对象，分缸、堵塞、端盖、高压钢管、水开关阀体和蓄能器。并根据实际需要部件开展静力分析、模态分析、轻量化优化设计和疲劳分析。高压结构件几何模型复杂，工作环境差，有多种工况。为了能高效的在不影响分析结果的准确性的前提下，需对高压结构件几何模型及工。图 2-1 为关键高压结构件实物图，图 2-2 为高压系统简图。左缸盖

高压系统

图 2-2 高压系统简图表 2.1 关键高压结构件 CAD 模型及其结构特点三维 CAD 模型名称结构特点左缸盖左缸盖一端有螺纹孔，与高压缸配合，并设计了与推杆配合通孔。缸盖通体设计了四个通孔，以便用拉杆固定其端面，底端设计有螺纹孔，用于固定在工作台上。高压缸高压缸整体结构为空心圆柱，两端设计有外螺纹，与左缸盖及端盖配合。一端设计有凹槽，用于安装密封元器件。堵塞堵塞主要设计了两个通路，分别为低压进水口通路和高压出水口通路，整体外形为阶梯圆柱。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG482

【参考文献】