电解铝阳极立式摩擦焊机钢爪夹具有限元分析与优化

发布时间：2021-05-11 10:53

　　3500kN连续驱动立式摩擦焊机为修复焊接电解铝阳极钢爪的特定设备。本课题研究的钢爪夹具作为立式焊机的关键机构,在焊接过程中属于重载部件,其静、动态性能对于焊件的加工精度有格外显著的作用。所以开展钢爪夹具的有限元分析及优化,提升钢爪夹具的静动态特性的同时减轻夹具的质量对改善钢爪的加工精度、缩减焊机成本意义非凡。本文根据立式焊机工作要求和钢爪夹具功能,结合夹具设计理论,确定钢爪夹具各参数的范围,初步设计了钢爪夹具的结构,对钢爪夹具进行受力分析,计算确定了焊机正常运转下钢爪夹具的最大变形量。对钢爪夹具整体在不同工况条件下进行静态分析,并对夹具的关键结构进行静态灵敏度分析,通过对夹具本体的多目标遗传算法优化及端定位块的结构改进使得钢爪夹具整体结构的强度刚度显著提升,均满足了钢爪夹具焊接性能要求;接着对夹紧体和夹具本体外肋板进行轻量化优化,并设计了三种在钢爪夹具体的侧板上开孔的轻量化方案,对这三种方案的每组设计参数进行静、模态分析,综合选出钢爪夹具的最优方案和参数。模拟了最终优化后的钢爪夹具各部位的谐响应特性,获得夹具幅值的峰值频率,与钢爪夹具通过模态分析得到的固有频率很接近,验证了模态分析的... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 .本课题的背景和研究意义
        1.1.1 .本课题的背景
        1.1.2 .本课题的研究意义
    1.2 .摩擦焊的发展与应用
    1.3 .国内外机床夹具优化的研究现状
        1.3.1 .有限元分析发展现状
        1.3.2 .国内外机床夹具优化现状
        1.3.3 .刚柔耦合国内外研究现状
    1.4 .本课题研究的主要内容
    1.5 .本章小结
第2章 钢爪夹具结构总体设计
    2.1 .引言
    2.2 .立式摩擦焊机工作原理
    2.3 .钢爪夹具结构的设计
        2.3.1 .摩擦焊机钢爪夹具的功能
        2.3.2 .钢爪夹具结构总体设计
        2.3.3 .钢爪夹具参数范围确定
    2.4 .钢爪夹具受力分析
        2.4.1 .钢爪夹具所受力的分布
        2.4.2 .夹具所受力的大小的计算
    2.5 .摩擦焊机正常工作下钢爪夹具变形量的确定
    2.6 .本章小结
第3章 钢爪夹具静力学模拟及优化
    3.1 .引言
    3.2 .有限元法基本理论
        3.2.1 .响应面数学模型
        3.2.2 .静力学理论分析
    3.3 .钢爪夹具有限元模型的建立
        3.3.1 .建立钢爪夹具有限元模型
        3.3.2 .施加边界条件和载荷
    3.4 .钢爪夹具的静力学数值模拟
        3.4.1 .不同工况下钢爪夹具静力学模拟
        3.4.2 .各关键结构的静力分析
    3.5 .钢爪夹具的结构优化
        3.5.1 .结构优化方法
        3.5.2 .遗传算法多目标优化
        3.5.3 .端定位块结构改进
        3.5.4 .夹紧体结构改进
        3.5.5 .夹具体外肋板厚度改进
        3.5.6 .三种轻量化方案的静态分析
    3.6 .本章小结
第4章 各方案的动力学数值模拟
    4.1 .引言
    4.2 .动力学理论分析
        4.2.1 .模态分析基本理论
        4.2.2 .激振力频率计算
    4.3 .三种轻量化方案的模态分析
    4.4 .三种优化方案的模拟结果对比
        4.4.1 .模拟结果对比
        4.4.2 .确定钢爪夹具最终优化结构
    4.5 .钢爪夹具的谐响应分析校核
        4.5.1 .谐响应基本理论
        4.5.2 .添加边界条件与载荷
        4.5.3 .结果分析
    4.6 .本章小结
第5章 钢爪夹具刚柔耦合分析
    5.1 .引言
    5.2 .刚柔耦合动力学理论分析
        5.2.1 .多体系统动力学的发展
        5.2.2 .多刚体动力学模型
        5.2.3 .柔性体模拟的数学模型
        5.2.4 .ADAMS求解过程
    5.3 .刚柔耦合建模仿真的过程
    5.4 .钢爪夹具刚柔耦合模型的建立
        5.4.1 .刚柔耦合模型的建立方法
        5.4.2 .刚柔耦合模型的建立
    5.5 .钢爪夹具刚柔耦合数值模拟
        5.5.1 .模型参数设定
        5.5.2 .刚柔耦合模拟结果分析
    5.6 .本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
致谢
附录A 攻读研究生期间所发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3181279