横梁倒挂式激光切割机的结构优化设计

发布时间：2017-08-06 11:28

  本文关键词：横梁倒挂式激光切割机的结构优化设计

  更多相关文章： 激光切割机 有限元法 拓扑优化 BP神经网络 遗传算法

【摘要】：激光切割机已广泛应用到汽车工业、航空航天等制造领域,具有广阔的市场前景。随着市场对激光切割加工精度与速度要求越来越高,机床设计应具有合理的结构和优良的动、静态性能。针对激光切割机的结构优化设计,本文主要完成的工作如下:1)根据市场调研和产品定位确定激光切割机的技术性能指标,并分析各机床结构特点选取横梁倒挂式作为机床总体结构。研究总体传动方案并进行电机选型,在分析工作原理、技术特点的基础上,完成整机结构设计,建立机床三维数字化模型。2)基于Ansys Workbench,对机床整机模型进行静力和模态分析,获得了各方向变形、等效应力及各阶固有频率与振型。根据分析结果得到机床薄弱环节,并确定需优化的部件。对纵梁提出改进方案并进行分析,对溜板进行拓扑优化并结合仿真结果进行结构优化,使结构更加合理,提高溜板静动态特性。3)对横梁结构进行拓扑优化,提出改进方案,选取合理的横梁结构参数,建立横梁结构优化模型。采用基于BP神经网络和遗传算法,与模糊解法相结合的多目标优化方法,通过正交试验法确定网络训练样本,利用BP人工神经网络极强的非线性映射功能,描述和处理横梁结构设计变量与其输出量的关系,借助模糊解法得到多目标优化模型的目标函数,并通过遗传算法的全局寻优能力对激光切割机横梁进行结构优化,使横梁的质量和刚度得到提高。4)对优化后的整机结构进行有限元分析,仿真结果表明机床静态特性和动态特性均得到明显提高。最后结合激光切割机设计及优化研究结果,制造出激光切割机样机,完成机床现场装配与调试,激光切割机加工样件满足要求,验证了本课题的研究成果。
【关键词】：激光切割机 有限元法 拓扑优化 BP神经网络 遗传算法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG485
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义12-13
• 1.2 激光切割机国内外发展概况13-14
• 1.2.1 国外激光切割机的发展概况13
• 1.2.2 国内激光切割机的发展概况13-14
• 1.3 结构优化研究14-16
• 1.3.1 结构优化理论及机床优化发展现状14-15
• 1.3.2 结构优化的类型15-16
• 1.4 课题主要内容和章节划分16-18
• 第二章 激光切割机的结构设计18-30
• 2.1 激光切割机总体方案的设计18-19
• 2.2 传动系统设计和电机选型19-24
• 2.3 激光切割机的结构设计24-29
• 2.3.1 机床结构设计24-27
• 2.3.2 自动交换工作台装置结构设计27-29
• 2.4 本章小节29-30
• 第三章 激光切割机的结构有限元分析及其优化30-49
• 3.1 有限元方法理论基础及工具30-31
• 3.2 机床的整机结构静力分析31-34
• 3.3 机床的模态分析34-38
• 3.3.1 模态分析理论34-35
• 3.3.2 机床模态的有限元分析35-38
• 3.4 纵梁结构分析及优化38-42
• 3.4.1 纵梁结构有限元分析38-40
• 3.4.2 纵梁结构优化40-42
• 3.5 溜板结构分析及优化42-48
• 3.5.1 溜板结构有限元分析42-45
• 3.5.2 溜板结构优化45-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 激光切割机横梁部件的结构优化设计49-67
• 4.1 横梁结构的有限元分析49-51
• 4.2 基于神经网络和遗传算法的结构优化理论51-57
• 4.2.1 BP神经网络概述51-55
• 4.2.2 遗传算法概述55-57
• 4.2.3 基于BP神经网络与遗传算法优化步骤57
• 4.3 横梁的结构优化57-66
• 4.3.1 横梁结构的拓扑与形状优化57-60
• 4.3.2 横梁结构的BP神经网络训练60-62
• 4.3.3 横梁结构的多目标优化模糊解法62-63
• 4.3.4 横梁结构的遗传算法优化63-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 激光切割机的开发67-73
• 5.1 整机的重新建模及有限元计算仿真67-68
• 5.2 机床控制系统概述68-69
• 5.3 机床的试运行69-71
• 5.4 加工试验71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文80

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