HPR-3048数控转塔冲床机身结构分析与优化设计

发布时间：2017-09-04 00:21

  本文关键词：HPR-3048数控转塔冲床机身结构分析与优化设计

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【摘要】：由于数控转塔冲床具有高效率、高自动化、生产成本低等优点,所以其应用越来越广泛,但是随着其冲压速度和冲压吨位的不断提高,伴随而来的振动和噪声问题也日益突出。机身是整个冲床的支撑基础,是冲床的重要组成部分,所以对于机身的动静特性和结构优化进行研究显得尤为重要。本文以HPR-3048数控转塔冲床机身为研究对象,利用试验模态分析的结果,对机身的初始有限元模型进行修正,在此基础之上,利用有限元法对冲床机身的动静特性、辐射噪声场进行了研究,并在满足实际工作要求的前提下,对其进行了结构优化设计。具体内容如下：1.基于试验模态测试的结果,对试验模型和有限元模型进行相关性分析,并以试验模态分析结果为参照,以试验模态频率和模态振型相关性MAC值的组合为目标,以有限元模型设计参数为修正变量,对冲床机身的有限元模型进行修正。2.分析了机身在公称力作用下的静态响应,同时利用DEFORM-2D计算了模具冲裁力时间历程曲线,并以此作为激励力,研究了机身在循环周期冲击力作用下的动态响应,分析了动刚度和强度,并通过模态参与因子找到了其主导模态,为冲床的结构优化提供了指导。3.对数控转塔冲床进行了振动测试和空气噪声测试,通过两者的频率谱分析对比,识别冲床的主要噪声源。基于声学有限元法对数控转塔冲床机身的辐射噪声场进行了数值模拟仿真,对机身的表面和场点的声学量进行了分析。4.基于拓扑优化方法,采用四种方案对冲床机身进行优化,寻求最佳材料布局：然后利用HyperStudy对冲床机身的各板块厚度进行参数化,以约束模态分析和静力学分析的结果为响应,进行实验设计分析,建立响应面,寻求最优解。
【关键词】：数控转塔冲床 有限元模型修正 瞬态动力学分析 辐射噪声场 结构优化设计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG385.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 数控转塔冲床的国内外研究状况与发展趋势11-12
• 1.3 数控转塔冲床机身结构分析的发展概况12-13
• 1.4 HPR-3048数控转塔冲床简介13-15
• 1.4.1 数控转塔冲床的组成及工作原理13-14
• 1.4.2 HPR-3048数控转塔冲床机身介绍14-15
• 1.5 课题主要研究内容15-17
• 第二章 基于灵敏度分析的冲床机身有限元模型修正17-38
• 2.1 引言17
• 2.2 基于灵敏度分析的有限元模型修正技术的基本理论和方法17-21
• 2.2.1 模态分析理论17-18
• 2.2.2 MAC相关性分析理论18-19
• 2.2.3 灵敏度分析理论基础19-20
• 2.2.4 有限元模型修正技术的总体流程20-21
• 2.3 数控转塔冲床机身有限元模态分析21-24
• 2.3.1 冲床机身初始有限元模型的建立21-22
• 2.3.2 冲床机身有限元模态分析22-24
• 2.4 数控转塔冲床机身的模态分析试验设计24-27
• 2.4.1 模态试验实施方案24-25
• 2.4.2 试验模态结果及其可靠性分析25-27
• 2.5 基于灵敏度分析的有限元模型修正技术27-37
• 2.5.1 有限元模态与试验模态振型的相关性分析27-30
• 2.5.2 固有频率的灵敏度分析30-33
• 2.5.3 MAC灵敏度分析33
• 2.5.4 基于灵敏度分析的有限元模型修正33-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 数控转塔冲床机身动静特性分析38-58
• 3.1 引言38
• 3.2 基本理论38-41
• 3.2.1 瞬态响应分析基本理论38-39
• 3.2.2 冲裁工艺有限元模拟理论基础39-41
• 3.3 数控转塔冲床机身静力学分析41-45
• 3.3.1 边界条件和载荷的添加41-42
• 3.3.2 数控转塔冲床强度分析42-43
• 3.3.3 数控转塔冲床刚度分析43-45
• 3.4 数控转塔冲床冲裁力的计算45-48
• 3.4.1 冲床冲裁工艺有限元模型的建立45-46
• 3.4.2 冲裁工艺模拟的结果分析46-48
• 3.5 数控转塔冲床机身动态特性分析48-57
• 3.5.1 数控转塔冲床约束模态分析48-49
• 3.5.2 数控转塔冲床瞬态动力学分析模型的建立49-50
• 3.5.3 冲床整体动应力结果分析50-52
• 3.5.4 冲床整体动刚度结果分析52-54
• 3.5.5 自动送料横梁支撑平台的动刚度分析54-56
• 3.5.6 冲床振动响应模态参与因子分析56-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 数控转塔冲床噪声分析58-74
• 4.1 引言58
• 4.2 数控转塔冲床噪声分析理论基础58-60
• 4.2.1 辐射噪声基本理论58-59
• 4.2.2 声学有限元法理论基础59-60
• 4.3 数控转塔冲床振动与噪声试验研究60-67
• 4.3.1 数控转塔冲床振动测试60-61
• 4.3.2 数控转塔冲床空气噪声测试与分析61-63
• 4.3.3 数控转塔冲床噪声源分析63-64
• 4.3.4 数控转塔冲床振动测试与噪声测试频谱分析64-67
• 4.4 数控转塔冲床机身辐射噪声研究67-73
• 4.4.1 数控转塔冲床机身声学有限元模型的建立67-70
• 4.4.2 数控转塔冲床机身外表面噪声计算70-71
• 4.4.3 数控转塔冲床场点噪声计算71-72
• 4.4.4 测试点的数值仿真声压分析72-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第五章 数控转塔冲床机身结构优化设计74-94
• 5.1 引言74
• 5.2 拓扑优化基本理论74-77
• 5.2.1 拓扑优化变密度法的基本思想74-75
• 5.2.2 拓扑优化的优化准则算法75-77
• 5.3 基于多工况组合柔度指数最小化的冲床机身拓扑优化77-81
• 5.3.1 冲床机身拓扑优化模型的建立77-78
• 5.3.2 机身拓扑优化方案设计78-79
• 5.3.3 机身拓扑优化结果分析79-81
• 5.4 数控转塔冲床机身结构优化81-93
• 5.4.1 建立优化变量和响应82-83
• 5.4.2 试验设计及分析83-85
• 5.4.3 建立响应面85-87
• 5.4.4 建立优化模型87-88
• 5.4.5 优化结果分析88-93
• 5.5 本章小结93-94
• 第六章 总结与展望94-96
• 6.1 工作总结94-95
• 6.2 研究展望95-96
• 致谢96-97
• 参考文献97-101
• 附录A：有限元模型修正参数表和最优解101-103
• 附录B：振动测试点与对应噪声测试点的频谱图对比103-105
• 附录C：冲床机身结构优化变量说明和最优解105-106
• 附录D：第1阶固有频率和静态最大应力相对于厚度的灵敏度106

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本文编号：788235