龙门式加工中心滑枕部件结构拓扑优化
发布时间：2021-02-28 10:06
“高档数控机床和机器人”是“中国制造2025”的重点发展领域之一。为进一步提高机床产品性能,在结构件的设计中必须采用创新设计手段。拓扑优化作为计算机辅助优化最具发展前景的前沿技术之一,可以大幅提高结构设计效率和设计质量。本文运用拓扑优化技术对机床零部件进行创新设计。随着数控机床不断朝着高精度和高速度方向发展,对机床运动部件的刚度和质量提出新的要求。龙门式加工中心是一类重要的数控机床,其滑枕性能直接影响整机的性能。在结构上,滑枕刚度影响机床切削能力、效率和加工精度;在数控控制运动中,滑枕的质量对轨迹控制精度影响较大,尤其是在高速切削中,“加速度设计”的理念要求不断减轻运动部件的质量。本文在分析总结国内外相关研究的基础上,以连续体结构拓扑优化理论为基础,以计算机辅助优化技术为手段,以分析、优化、综合、定量、动态为核心来减轻滑枕的质量,提高其刚度和低阶固有频率,并提出一套用于机床结构的复合优化设计方法,即综合目标拓扑优化后进行多目标尺寸设计。主要工作如下:（1）介绍了结构拓扑优化方法和基于响应面的结构设计方法,讨论了基于SIMP的连续体结构拓扑优化的数学模型,明确本文优化问题的解决方法。（2...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景
1.2 课题的研究意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 拓扑优化理论研究
1.3.2 机床零部件结构拓扑优化应用研究
1.4 本文的研究内容
第2章 基于拓扑优化的结构优化设计
2.1 引言
2.2 结构优化方法
2.3 结构拓扑优化方法
2.3.1 基于变密度法的SIMP数学模型
2.3.2 基于SIMP的连续体结构拓扑优化的数学模型
2.4 基于响应面法的结构设计
2.5 本章小结
第3章 滑枕部件的有限元建模及静动态性能分析
3.1 引言
3.2 龙门式加工中心的主要技术参数
3.2.1 龙门式加工中心介绍
3.2.2 主要技术参数
3.3 滑枕部件有限元模型的建立
3.3.1 滑枕部件的三维实体模型
3.3.2 单位制及材料属性
3.3.3 网格划分
3.3.4 定义边界条件
3.4 滑枕部件的静动态性能分析
3.4.1 滑枕部件静力分析
3.4.2 滑枕部件模态分析
3.5 本章小结
第4章 滑枕部件结构的综合目标拓扑优化
4.1 引言
4.2 结构拓扑优化的目标函数
4.2.1 多工况刚度拓扑优化目标函数
4.2.2 固有频率拓扑优化目标函数
4.2.3 综合目标函数
4.3 滑枕部件拓扑优化模型的建立
4.3.1 定义设计空间和非设计空间
4.3.2 定义设计变量
4.3.3 定义约束条件和优化目标
4.4 滑枕部件多工况刚度拓扑优化
4.5 滑枕部件固有频率拓扑优化
4.6 滑枕部件综合目标拓扑优化
4.7 拓扑优化结果的模型重构
4.8 本章小结
第5章 滑枕拓扑重构模型的尺寸设计及优化效果
5.1 引言
5.2 基于滑枕拓扑重构模型响应面的尺寸设计
5.2.1 设计变量参数化及试验设计
5.2.2 响应面模型的构建
5.2.3 基于响应面的尺寸设计
5.3 滑枕的拓扑优化设计结果
5.4 优化后的滑枕部件静动态性能分析
5.4.1 优化后的滑枕部件静力分析
5.4.2 优化后的滑枕部件模态分析
5.5 优化前后性能对比及评价
5.5.1 滑枕优化前后的性能对比
5.5.2 比刚度结构效能评价
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多目标遗传算法在车身动态性能优化中的应用[J]. 王岩,陈无畏,谢有浩,邓书朝. 汽车工程. 2017(11)
[2]构件比刚度结构效能提升设计方法及其应用[J]. 朱金波,王秋林,方辉,殷国富. 成都航空职业技术学院学报. 2017(03)
[3]基于自适应响应面法的数控铣床尺寸优化[J]. 张疆平,关英俊,贾成阁,毕海峰. 机床与液压. 2016(19)
[4]汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法研究[J]. 褚超美,周进,缪国,奚成捷. 上海理工大学学报. 2016(02)
[5]机床的总体配置和结构设计(下)[J]. 张曙,张柄生. 机械设计与制造工程. 2016(04)
[6]机床的总体配置和结构设计(上)[J]. 张曙,张柄生. 机械设计与制造工程. 2016(03)
[7]多目标优化设计方法在车身轻量化设计中的应用[J]. 周会锋,王光耀,李碧浩,王大勇,王大志,徐自立. 机械设计与研究. 2014(04)
[8]结构多目标拓扑优化设计[J]. 孙晓辉,丁晓红. 机械设计与研究. 2012(04)
[9]层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J]. 邓雪,李家铭,曾浩健,陈俊羊,赵俊峰. 数学的实践与认识. 2012(07)
[10]基于ANSYS Workbench的主轴箱有限元分析及优化设计[J]. 周孜亮,王贵飞,丛明. 组合机床与自动化加工技术. 2012(03)
博士论文
[1]结构系统可靠性及灵敏度分析研究[D]. 魏鹏飞.西北工业大学 2015
[2]基于CAD/CAE快速响应的机械结构GBESO法拓扑优化及模型重构研究[D]. 吴淑芳.中北大学 2014
[3]大型风力机叶片多目标优化设计方法研究[D]. 王珑.南京航空航天大学 2014
[4]结构拓扑优化设计若干问题的建模、求解及解读[D]. 牛飞.大连理工大学 2013
[5]多学科拓扑优化方法研究[D]. 胡三宝.华中科技大学 2011
[6]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]某重型汽车车架结构抗疲劳轻量化设计[D]. 单喜乐.湖南大学 2018
[2]SZJY-14加工中心立柱特性分析及拓扑优化[D]. 朱远.兰州理工大学 2017
[3]铣车复合加工中心立柱结构拓扑优化及仿生设计研究[D]. 杨忠泮.兰州理工大学 2017
[4]MDH80加工中心结构优化与加工特性分析[D]. 罗孟然.大连理工大学 2014
[5]龙门铣削加工中心滑枕滑动导轨微间隙补偿系统研究[D]. 郑元态.浙江大学 2013
[6]立式加工中心多目标优化设计[D]. 彭艳华.华南理工大学 2011
[7]高速立式加工中心关键部件结构优化[D]. 韩滔.大连理工大学 2010
[8]基于变密度法的连续体拓扑优化设计[D]. 汤颖颖.长安大学 2008
[9]基于Optistruct拓扑优化的应用研究[D]. 苏胜伟.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3055695
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景
1.2 课题的研究意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 拓扑优化理论研究
1.3.2 机床零部件结构拓扑优化应用研究
1.4 本文的研究内容
第2章 基于拓扑优化的结构优化设计
2.1 引言
2.2 结构优化方法
2.3 结构拓扑优化方法
2.3.1 基于变密度法的SIMP数学模型
2.3.2 基于SIMP的连续体结构拓扑优化的数学模型
2.4 基于响应面法的结构设计
2.5 本章小结
第3章 滑枕部件的有限元建模及静动态性能分析
3.1 引言
3.2 龙门式加工中心的主要技术参数
3.2.1 龙门式加工中心介绍
3.2.2 主要技术参数
3.3 滑枕部件有限元模型的建立
3.3.1 滑枕部件的三维实体模型
3.3.2 单位制及材料属性
3.3.3 网格划分
3.3.4 定义边界条件
3.4 滑枕部件的静动态性能分析
3.4.1 滑枕部件静力分析
3.4.2 滑枕部件模态分析
3.5 本章小结
第4章 滑枕部件结构的综合目标拓扑优化
4.1 引言
4.2 结构拓扑优化的目标函数
4.2.1 多工况刚度拓扑优化目标函数
4.2.2 固有频率拓扑优化目标函数
4.2.3 综合目标函数
4.3 滑枕部件拓扑优化模型的建立
4.3.1 定义设计空间和非设计空间
4.3.2 定义设计变量
4.3.3 定义约束条件和优化目标
4.4 滑枕部件多工况刚度拓扑优化
4.5 滑枕部件固有频率拓扑优化
4.6 滑枕部件综合目标拓扑优化
4.7 拓扑优化结果的模型重构
4.8 本章小结
第5章 滑枕拓扑重构模型的尺寸设计及优化效果
5.1 引言
5.2 基于滑枕拓扑重构模型响应面的尺寸设计
5.2.1 设计变量参数化及试验设计
5.2.2 响应面模型的构建
5.2.3 基于响应面的尺寸设计
5.3 滑枕的拓扑优化设计结果
5.4 优化后的滑枕部件静动态性能分析
5.4.1 优化后的滑枕部件静力分析
5.4.2 优化后的滑枕部件模态分析
5.5 优化前后性能对比及评价
5.5.1 滑枕优化前后的性能对比
5.5.2 比刚度结构效能评价
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多目标遗传算法在车身动态性能优化中的应用[J]. 王岩,陈无畏,谢有浩,邓书朝. 汽车工程. 2017(11)
[2]构件比刚度结构效能提升设计方法及其应用[J]. 朱金波,王秋林,方辉,殷国富. 成都航空职业技术学院学报. 2017(03)
[3]基于自适应响应面法的数控铣床尺寸优化[J]. 张疆平,关英俊,贾成阁,毕海峰. 机床与液压. 2016(19)
[4]汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法研究[J]. 褚超美,周进,缪国,奚成捷. 上海理工大学学报. 2016(02)
[5]机床的总体配置和结构设计(下)[J]. 张曙,张柄生. 机械设计与制造工程. 2016(04)
[6]机床的总体配置和结构设计(上)[J]. 张曙,张柄生. 机械设计与制造工程. 2016(03)
[7]多目标优化设计方法在车身轻量化设计中的应用[J]. 周会锋,王光耀,李碧浩,王大勇,王大志,徐自立. 机械设计与研究. 2014(04)
[8]结构多目标拓扑优化设计[J]. 孙晓辉,丁晓红. 机械设计与研究. 2012(04)
[9]层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J]. 邓雪,李家铭,曾浩健,陈俊羊,赵俊峰. 数学的实践与认识. 2012(07)
[10]基于ANSYS Workbench的主轴箱有限元分析及优化设计[J]. 周孜亮,王贵飞,丛明. 组合机床与自动化加工技术. 2012(03)
博士论文
[1]结构系统可靠性及灵敏度分析研究[D]. 魏鹏飞.西北工业大学 2015
[2]基于CAD/CAE快速响应的机械结构GBESO法拓扑优化及模型重构研究[D]. 吴淑芳.中北大学 2014
[3]大型风力机叶片多目标优化设计方法研究[D]. 王珑.南京航空航天大学 2014
[4]结构拓扑优化设计若干问题的建模、求解及解读[D]. 牛飞.大连理工大学 2013
[5]多学科拓扑优化方法研究[D]. 胡三宝.华中科技大学 2011
[6]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]某重型汽车车架结构抗疲劳轻量化设计[D]. 单喜乐.湖南大学 2018
[2]SZJY-14加工中心立柱特性分析及拓扑优化[D]. 朱远.兰州理工大学 2017
[3]铣车复合加工中心立柱结构拓扑优化及仿生设计研究[D]. 杨忠泮.兰州理工大学 2017
[4]MDH80加工中心结构优化与加工特性分析[D]. 罗孟然.大连理工大学 2014
[5]龙门铣削加工中心滑枕滑动导轨微间隙补偿系统研究[D]. 郑元态.浙江大学 2013
[6]立式加工中心多目标优化设计[D]. 彭艳华.华南理工大学 2011
[7]高速立式加工中心关键部件结构优化[D]. 韩滔.大连理工大学 2010
[8]基于变密度法的连续体拓扑优化设计[D]. 汤颖颖.长安大学 2008
[9]基于Optistruct拓扑优化的应用研究[D]. 苏胜伟.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3055695
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