数控车床床身结构的有限元分析与优化研究

发布时间：2017-04-06 13:08

  本文关键词：数控车床床身结构的有限元分析与优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数控车床在现代制造业中应用广泛,对其进行优化研究以使其向着高速度、高精度的方向发展是非常必要的。采用基于有限元方法与数学优化理论相结合而成的虚拟仿真优化技术,在样机试制之前,在计算机上模拟部件及整机的性能和工作状况,识别样机的薄弱环节,以便对其进行优化设计。 本文以某型数控车床的床身模型为研究对象,探讨了有限元分析方法和数学优化方法在车床床身的结构分析和优化设计中的应用,主要包括以下内容： 1.归纳了国内外有关结构的有限元分析和优化设计的发展概况,阐明了课题提出的目的和研究意义,指出了本文研究的主要内容。 2.以设计图纸为根据,在Pro/E中建立了三种床身设计方案的立体结构模型图,科学地分析了床身的受力情况,合理地建立了床身的有限元模型。利用ANSYS Workbench Environment(AWE)的分析模块,对各个床身结构方案进行了静力分析和模态分析。根据分析结果,优选出一个静动态综合性能较好的设计方案。然后,针对优选出的设计方案进行谐响应分析,获得床身结构在简谐激振力作用下的变形频率响应曲线。根据以上的分析结果,找出床身结构的薄弱环节,确定需要改进的地方,为后续优化设计指明方向。 3.建立了床身的参数化CAE模型,并以床身内部的5个主要结构设计尺寸为设计变量,以强度、刚度和质量条件为约束条件,以其基频为优化目标进行参数优化设计,以此改善床身的静动态性能并实现其轻量化。 4.简述了结构变量化设计技术的内涵并将其应用于床身元结构优化。主要内容是研究在床身筋板上开出砂孔的形状和数量,为最终设计方案的确定提供依据。 5.对优化结果进行分析比较,得出最终的结构设计方案。 本文的研究工作对企业在车床床身的设计、改进和优化方面具有参考价值。
【关键词】：车床床身 有限元分析 AWE 元结构 优化设计
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG519.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 选题的研究背景9-10
• 1.2 结构有限元分析和优化的发展状况10-17
• 1.2.1 结构有限元分析的发展概况10-13
• 1.2.2 结构优化设计的发展概况13-17
• 1.3 课题的提出及研究意义17-18
• 1.3.1 课题的提出17
• 1.3.2 研究的意义17-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-21
• 1.4.1 研究内容18
• 1.4.2 研究步骤18-21
• 第二章 结构有限元分析理论及工具21-31
• 2.1 弹性力学基本知识21-24
• 2.2 有限元分析的原理和步骤24-26
• 2.3 静力分析基础26-27
• 2.4 模态分析基础27-29
• 2.5 有限元分析软件介绍29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 床身结构静动态性能分析及方案优选31-49
• 3.1 床身的受力分析31-35
• 3.1.1 研究对象简介31-32
• 3.1.2 床身结构受力概况32
• 3.1.3 床身结构受力计算32-35
• 3.2 床身结构设计方案35-38
• 3.3 床身的有限元静力分析38-43
• 3.3.1 模型简化38
• 3.3.2 定义单元属性与网格划分38-40
• 3.3.3 施加载荷及约束40
• 3.3.4 计算结果分析40-43
• 3.4 床身的有限元模态分析43-47
• 3.5 床身结构设计方案优选47-48
• 3.6 优选方案的薄弱环节分析48
• 3.7 本章小结48-49
• 第四章 床身结构有限元谐响应分析49-55
• 4.1 谐响应分析基础49-51
• 4.2 谐响应分析求解方法及步骤51-52
• 4.3 床身结构的谐响应分析52-54
• 4.3.1 有限元模型的建立52
• 4.3.2 施加载荷约束及求解52-53
• 4.3.3 计算结果分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 床身结构优化设计55-69
• 5.1 结构优化设计基础55-63
• 5.1.1 优化设计的数学模型55-56
• 5.1.2 AWE结构优化工具56-57
• 5.1.3 优化方法的选择57-60
• 5.1.4 建立参数优化数学模型60-63
• 5.2 参数优化计算及结果分析63-68
• 5.2.1 设计变量与优化目标的关系64-67
• 5.2.2 床身优化结果67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 床身结构轻量化设计69-77
• 6.1 变量化分析的原理及内容69-71
• 6.2 筋板出砂孔的形状及数量71-73
• 6.2.1 出砂孔形状及尺寸对基频的影响71-72
• 6.2.2 出砂孔数目对基频的影响72-73
• 6.3 优化结果验证分析73-75
• 6.4 本章小结75-77
• 第七章 总结与展望77-81
• 7.1 全文总结77-78
• 7.2 研究展望78-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-89
• 附录89

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王争如;YAG激光切割机动力学特性分析及结构改进[D];济南大学;2014年

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本文编号：288903