基于钢爪摩擦焊机整体结构的导柱有限元分析及优化

发布时间：2021-06-20 17:01

　　随着电解铝工业的发展,用于焊接电解铝阳极钢爪的机械设备成为学者研究的重点。电解铝钢爪摩擦焊机主要是用来在钢爪横梁上焊接钢爪腿的自动化专用焊接机,它的推广和使用在电解铝工业的生产环节中发挥了至关重要的作用。本课题所研究的立式钢爪摩擦焊机的导柱,是钢爪摩擦焊机工作运行中重要的连接部件,其动力学性能和轻量化设计对整机模态特性和焊机稳定性具有重要作用。本文以立式钢爪摩擦焊机的整体结构及其导柱为研究对象,以导柱结构轻量化设计为优化目标,利用ABAQUS以静力学分析和模态分析为研究手段,对导柱进行仿真模拟研究,并通过拓扑优化和结构参数优化实现六西格玛设计,最终实现对导柱的轻量化设计。具体主要包括几个方面:1.结合钢爪摩擦焊机的工作原理,建立其整机三维模型,对导柱的结构尺寸进行详细设计。将焊机的工作过程分为主轴下移、摩擦加热和顶锻焊接三个阶段,从理论上对导柱进行力学分析与计算。2.通过有限元软件ABAQUS建立钢爪摩擦焊机的整机分析模型,并对整机展开了静力学分析和模态分析,静力分析表明:螺栓预紧力对整机的影响较大,最大应力集中在导柱与顶锻箱连接处,应在连接处做优化处理。模态分析表明:整机应该避免整机... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 选题目的与研究意义
    1.2 课题研究现状
        1.2.1 重型机械设备优化设计发展现状
        1.2.2 摩擦焊的国内外研究现状
        1.2.3 有限元法应用于摩擦焊机的设计与优化
    1.3 研究目标及方法路线
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究方法路线
    1.4 研究内容
    1.5 本章小结
第2章 钢爪摩擦焊机整体设计及受力分析
    2.1 摩擦焊机整体设计
        2.1.1 钢爪摩擦焊机整体组成及功能分析
        2.1.2 钢爪摩擦焊机的工作过程
    2.2 钢爪摩擦焊机Solid Works三维建模
        2.2.1 钢爪摩擦焊机的各部件实体造型
        2.2.2 钢爪摩擦焊机整体三维模型
    2.3 钢爪摩擦焊机的导柱设计
        2.3.1 导柱设计技术要求
        2.3.2 导柱建模
    2.4 导柱力学分析
        2.4.1 主轴下移阶段导柱分析
        2.4.2 摩擦加热阶段导柱分析
        2.4.3 顶锻焊接阶段导柱分析
    2.5 本章小结
第3章 钢爪摩擦焊机整机有限元分析
    3.1 ABAQUS有限元分析与建模
        3.1.1 建立模型
        3.1.2 分析步与相互作用
        3.1.3 载荷与边界条件
        3.1.4 网格划分
        3.1.5 计算求解
    3.2 静动态分析理论
        3.2.1 静态性能分析理论
        3.2.2 模态性能分析理论
    3.3 摩擦焊机整体结构静力学分析
        3.3.1 主轴下移阶段静力学分析
        3.3.2 摩擦加热阶段静力学分析
        3.3.3 顶锻焊接阶段静力学分析
    3.4 摩擦焊机整机模态分析
        3.4.1 整机模态分析
        3.4.2 整机振型分析
    3.5 本章小结
第4章 钢爪摩擦焊机导柱的数值模拟
    4.1 钢爪摩擦焊机导柱静力学分析
        4.1.1 无预紧力状态下导柱静力学分析
        4.1.2 主轴下移阶段导柱静力学分析
        4.1.3 摩擦加热阶段导柱静力学分析
        4.1.4 顶锻焊接阶段导柱静力学分析
    4.2 钢爪摩擦焊机导柱模态分析
        4.2.1 导柱模态分析
        4.2.2 导柱振型分析
    4.3 本章小结
第5章 导柱的优化设计
    5.1 优化设计理论
        5.1.1 优化设计方法概述
        5.1.2 优化设计数学模型
    5.2 摩擦焊机导柱结构优化
        5.2.1 摩擦焊机导柱结构优化流程
        5.2.2 摩擦焊机导柱拓扑优化
        5.2.3 导柱建模分析
        5.2.4 基于参数化的钢爪摩擦焊机导柱结构优化
    5.3 导柱优化前后对比
        5.3.1 导柱优化前后受力分析对比
        5.3.2 柱优化前后模态分析对比
        5.3.3 导柱优化前后振型分析对比
    5.4 本章小结
结论与展望
    研究成果和结论
    课题展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析轻量化产品的绿色焊接技术——搅拌摩擦焊[J]. 徐安莲.  中国战略新兴产业. 2018(24)
[2]基于ABAQUS超声振动钻削系统变幅杆模态分析[J]. 陈硕.  精密制造与自动化. 2018(02)
[3]探究电解铝生产节能减排技术[J]. 周海祥.  中国金属通报. 2018(03)
[4]钢爪摩擦焊机主轴箱体的灵敏度分析与参数设计[J]. 李权飞,辛舟.  组合机床与自动化加工技术. 2018(03)
[5]国内外铝价走势回顾及2018年展望[J]. 姚希之.  中国有色金属. 2018(04)
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[7]浅析我国搅拌摩擦焊技术专利[J]. 王桂平,许祥平,陈书锦.  热加工工艺. 2018(01)
[8]静力作用下搭接柱转换结构性能分析[J]. 傅赛男.  结构工程师. 2017(06)
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博士论文
[1]几类约束耦合矩阵方程问题的迭代算法研究[D]. 梁开福.湘潭大学 2011

硕士论文
[1]基于算子混合的多目标协同进化算法研究[D]. 杨少强.深圳大学 2017
[2]考虑几何结构信息的结构化网格几何优化[D]. 俞薇珊.浙江大学 2017
[3]五轴雕铣机的结构分析与优化[D]. 田威.天津大学 2017
[4]大型数控龙门机床横梁部件静动态特性研究[D]. 曹明.陕西理工学院 2015
[5]大扭矩电磁离合器优化设计与动态仿真分析[D]. 赵飞.哈尔滨工程大学 2011



本文编号：3239589