复杂支承件结构单元构型—性能—尺寸设计方法研究

发布时间：2017-09-16 19:28

  本文关键词：复杂支承件结构单元构型—性能—尺寸设计方法研究

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【摘要】：随着中国经济的飞速发展,企业对制造业提出了更高的要求。如何在较短的时间内实现快速高效的设计成为了零件设计时需要解决的难题。目前复杂支承件的结构设计大多使用经验类比的设计方法以及局部改进的设计方法。传统的设计方法不仅会造成零件材料的浪费同时也大大增加了设计的周期。但到目前为止,在复杂支承件设计方法环节各国都较为薄弱,因此对复杂支承件设计方法的进一步研究就显得较为有意义。本文依托科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”(NO.2015ZX04014-021)。在课题组支承零件的结构“概念-单元”设计方法的基础上,本文进一步研究了复杂支承件结构单元构型-性能-尺寸设计方法。在定性研究支承件设计方法的基础上,进一步研究了复杂支承件的定量化设计方法,给出了详细的设计流程,并通过实例证明了该方法的有效性。本论文主要研究的内容如下：1、本文在课题组原有的结构单元分析的基础上,通过对大量不同载荷下结构的主传力路径进行拓扑优化,研究不同载荷下各结构的几何特征,将各载荷下分析得出的结构称之为基本结构单元。以各基本结构单元的边框尺寸为变量,对其边框尺寸进行优化,获得各载荷下可靠的设计数据库。2、对复杂支承件内部基本结构单元的布局形式(数量、尺寸、排列)进行研究。将基本结构单元组合为组合结构单元,研究不同组合结构在各典型工况下性能的最优化。根据支承件在各类工况下的载荷特性确定组合结构结构单元的类型,以支承件静态性能最优为目标,以基本结构单元构型的个数、尺度、排列组合次序为设计变量,结合基本结构构型的尺度-性能,确定支承件内部结构优化布局方案。3、以某立式加工中心支承件立柱为例,运用复杂支承件结构单元构型-性能-尺寸设计方法对立柱支承件设计。以支承件的最大位移为结构方案设计的刚度性能评价指标,通过支撑件立柱新旧方案的性能对比分析,得到新立柱结构方案相比原有方案减重1%,支承件立柱的最大位移减小了12%。
【关键词】：支承件 结构单元 响应曲面法 尺寸优化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题来源9
• 1.2 研究背景9-10
• 1.3 复杂支承件结构设计研究综述10-15
• 1.3.1 复杂支承件结构设计方法与现状研究10-13
• 1.3.2 课题组复杂支承件结构设计成果13-15
• 1.4 本文研究工作15-17
• 2 复杂支承件结构单元构型-性能-尺寸设计方法17-22
• 2.1 复杂支承件材料及外型分类17-18
• 2.2 支承件结构单元构型-性能-尺寸设计方法介绍18-21
• 2.2.1 支承件物理模型建立18-19
• 2.2.2 支承件结构设计19-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 基本结构单元构型-尺寸设计22-43
• 3.1 基本结构单元构型设计22-29
• 3.1.1 结构优化概述22
• 3.1.2 结构单元类型特征22-24
• 3.1.3 基本结构单元构型设计24-29
• 3.2 基于响应曲面法的尺寸优化可行性分析29-36
• 3.2.1 响应曲面法概述29-30
• 3.2.2 基于响应面法的结构单元尺寸优化30-32
• 3.2.3 基于控制变量法的结构单元尺寸优化32-36
• 3.3 基本结构单元尺寸优化设计36-42
• 3.3.1 基本结构单元实体模型的建立36-37
• 3.3.2 基本结构单元边界条件的确定37-38
• 3.3.3 基本结构单元尺寸优化设计38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 组合结构单元构型-尺寸设计43-55
• 4.1 组合结构单元性能分析43-47
• 4.1.1 同类型组合结构单元性能分析43-44
• 4.1.2 异类型组合结构单元性能分析44-47
• 4.2 结构单元组合数量的选择47-53
• 4.2.1 结构单元组合模型47-49
• 4.2.2 结构单元组合数量性能分析49-53
• 4.3 本章小结53-55
• 5 复杂支承件结构单元构型-性能-尺寸设计应用55-67
• 5.1 机床立柱物理模型建立55-58
• 5.2 机床立柱结构设计58-66
• 5.2.1 机床立柱的概念设计58-59
• 5.2.2 机床立柱结构单元设计59-64
• 5.2.3 机床立柱静态性能对比64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73

【参考文献】

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本文编号：864998