【正文】 ANSYS優(yōu)化設(shè)計的步驟 33 346 結(jié)論 38謝辭 39參考文獻 40附錄 41外文資料 46僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！畢業(yè)設(shè)計1 引言軋鋼車間的所有機械設(shè)備統(tǒng)稱為軋鋼機。用有限元分析的方法便可以解決這一難題。59軋機主傳動系統(tǒng)由主電機、減速器、中間軸、萬向聯(lián)軸器等組成。而有限元方法則是計算機誕生后，在計算數(shù)學(xué)、力學(xué)和計算工程領(lǐng)域里誕生的最有效的計算方法，它在冶金設(shè)備中獲得廣泛應(yīng)用，已成為冶金設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度分析實用、可靠、方便的一種方法。工程技術(shù)中最普遍的振動問題就是動力響應(yīng)分析，這是因為動力響應(yīng)直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)的強度、剛度、運動形態(tài)和振動能量水平。從動力學(xué)的角度分析，這類載荷會引起軋機主傳動系統(tǒng)的扭振，導(dǎo)致主傳動系統(tǒng)扭矩值的突然變化，形成一定的破壞能力。在研究振動問題時，建立力學(xué)模型的方法常用的有集中質(zhì)量法和有限元法兩種。一方面是研究扭矩放大系數(shù)(TAF)，以判斷劇振發(fā)生時主傳動系統(tǒng)的最大動負荷。3 主傳動系統(tǒng)三維建模Pro/Engineer是美國參數(shù)化技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation簡稱PTC）一款著名的CAD/CAM/CAE軟件[6]。Pro/Engineer軟件也包括工程分析模塊(Pro/M)，他的主要作用是進行有限元分析，但該功能模塊相對于一些專業(yè)的有限元分析軟件，提供的單元類型少，網(wǎng)格劃分能力較弱，而且求解的結(jié)果處理也相對繁瑣。離散化的思想可以追溯到20世紀40年代?！镀矫鎽?yīng)力分析的有限單元法》的論文中首先使用“有限單元法（FEM，F(xiàn)inite Element Method)”一詞，此后這一名稱得到了廣泛承認。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer、NASTRAN、 Alogor、IDEAS、AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAD工具之一。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定；即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時間的變化非常緩慢。3)材料屬性:齒輪軸的材料為，其機械性能如下：。齒輪軸約束及載荷分布如圖42。取安全系數(shù)為7（軋鋼機安全系數(shù)不得小于5）[20], 則，各項數(shù)據(jù)均符合要求。觀察圖45所示的曲線可知承載齒受力存在兩個主峰值，結(jié)合采集曲線時的路徑，右側(cè)峰值大小為發(fā)生在承載齒受壓側(cè)，左側(cè)峰值大小為發(fā)生在承載齒拉身側(cè)。由于應(yīng)力、應(yīng)變曲線非常相似，可以得知應(yīng)變隨應(yīng)力而變化，等效應(yīng)力越大的地方等效應(yīng)變也越大。4)施加約束:如圖48所示在軸孔內(nèi)側(cè)施加全約束。如圖49所示，中間齒輪正常工作時產(chǎn)生的最大等效應(yīng)變?yōu)?。從此圖可以得知拉身側(cè)受到的等效應(yīng)變?yōu)?，受壓?cè)等效應(yīng)變?yōu)?。有限元模型簡?忽略微小結(jié)構(gòu)對分析的影響。 5)施加載荷:將工作端傳導(dǎo)過來的扭矩轉(zhuǎn)換為壓力加到輪齒上，添加方法與前面兩個齒輪所用方法一樣。材料為，屈服極限為，無論是承載齒還是花鍵齒，所受應(yīng)力均遠小于材料屈服極限，可見大齒輪正常工作時不會出現(xiàn)過載破壞現(xiàn)象。圖418是花鍵齒的等效應(yīng)變分布曲線。大齒輪所受應(yīng)力均遠小于材料性能指標(biāo)，可見大齒輪完全滿足工作需要，并有較高的安全系數(shù)。3)材料屬性:材料為，其機械性能如下：。 圖419 花鍵軸套網(wǎng)格模型 圖420 花鍵軸套約束及載荷分布圖花鍵軸套靜力分析：圖421 花鍵軸套等效應(yīng)力分布圖 圖422 花鍵軸套等效應(yīng)變分布圖由圖421可知花鍵軸套所受最大等效應(yīng)力為，最大應(yīng)力發(fā)生在截面突變處；花鍵齒出所受最大等效應(yīng)力約為；由圖422可知最大等效應(yīng)變同樣發(fā)生在截面突變處，大小為。 E1軋機主傳動系統(tǒng)模態(tài)分析模態(tài)分析主要是研究結(jié)構(gòu)或機器部件的固有頻率和振型[14]。 模態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用可歸結(jié)為一下幾個方面: 評價現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)特性；在新產(chǎn)品設(shè)計中進行結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計；診斷及預(yù)報結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障；控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲；識別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。有限元模型簡化:忽略微小結(jié)構(gòu)對分析的影響，如很小的倒角、圓角等。5)施加載荷:將扭矩轉(zhuǎn)換為力，再用力除以齒形面的面積，將算得的壓力數(shù)值加到此面上；將電機傳導(dǎo)過來的扭矩轉(zhuǎn)換為集中力施加于軸頸上。1)模型建立由于斜齒輪外形相對復(fù)雜，在Pro/E軟件中建立實體模型，通過專用接口把實體模型直接導(dǎo)入到ANSYS中完成有限元模型的建立。4)施加約束:如圖429所示在孔內(nèi)側(cè)施加全約束。中間齒輪前5階模態(tài)頻率都發(fā)生在，與之嚙合的齒輪軸前5階模態(tài)在此范圍內(nèi)無固有頻率發(fā)生，因此可見，在結(jié)構(gòu)上避免了共振的發(fā)生概率。3)材料屬性:材料為，其機械性能如下：。這5階模態(tài)頻率下振型的最大位移都發(fā)生在齒頂圓。實際生產(chǎn)中應(yīng)避開這一頻率區(qū)域。3)材料屬性:材料為，其機械性能如下：。以上便是零位移約束存在的意義。圖448 整體有限元模型為了更順利的進行后面的研究，對有限元模型進行必要的簡化:將齒形簡化，雖然會對單體零件振型有一定影響，但對整個系統(tǒng)而言影響甚微，并忽略微小結(jié)構(gòu)對分析的影響，如很小的倒角、圓角、螺紋孔等。5)邊界條件:采用節(jié)點直接連接的方式來模擬不同零件之間的接觸行為，并耦合嚙合部位切向自由度模擬嚙合行為[15]。從約束的意義上來說，約束是為了模擬真實的工作環(huán)境。但是在分析時很難在單個零件上添加接觸類型的約束，整體分析時恰提供了這一便利。所謂“最優(yōu)設(shè)計”，指的是一種方案可以滿足所有的設(shè)計要求，而且所需的支出（如重量，面積，體積，應(yīng)力，費用等）最小。ANSYS程序提供了兩種優(yōu)化的方法，這兩種方法可以處理絕大多數(shù)的優(yōu)化問題。就是對于初始設(shè)計進行分析，對分析結(jié)果就設(shè)計要求進行評估，然后修正設(shè)計。隨機計算結(jié)果的初始值可以作為優(yōu)化過程的起點數(shù)值。生成循環(huán)所用的分析文件。(4)在ANSYS數(shù)據(jù)庫里建立與分析文件中變量相對應(yīng)的參數(shù)。(8)選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法。圖51 優(yōu)化循環(huán)示意圖優(yōu)化前靜力分析結(jié)果如圖52所示。為了方便設(shè)計加工，將優(yōu)化變量取整為:R=95mm，H=405mm，此時插頭所受最大等效應(yīng)力為如圖54所示。在ANSYS優(yōu)化設(shè)計中，最重要的是參數(shù)化建模和對參數(shù)的控制。6 結(jié)論本設(shè)計是在查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，以熱連軋1780生產(chǎn)線中E1軋機主傳動系統(tǒng)為研究對象，應(yīng)用Pro/E完成主傳動系統(tǒng)的三維模型。采用命令流方式完成參數(shù)建模、參數(shù)控制、參數(shù)提取等，最終得到優(yōu)化結(jié)果，并考慮實際生產(chǎn)活動，對優(yōu)化結(jié)果作出適當(dāng)調(diào)整。在此，我還要感謝在一起做設(shè)計的各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 whereas the latter is dominated by recrystallization, grain growth, and transformation, which depends on the process parameterssuch as reduction, temperature, and cooling speed after rolling. Hence, it is very important to study the effects of the rolling process parameters on the physical dimension and the mechanical properties he products,At present, the bination of physical metallurgy with the puter numerical simulation technique, especially the finite element method (FEM) is an effective method of predicting the microstructural evolution aw during metal forming and the mechanical property of the final product and olving several general problems in industrial production. Using F E M , the simulation of hot strip rolling processes coupling multivariable has been applied widely in many countries with an objective to optimize the rolling process parameters and to improve the product quality.1 Mathematical ModelThree main parts are involved in the FEM mod el. The first is the calculation of the metal flow of the workpiece in the roll gap to obtain the distribution of strain, stress, and strain rate. The second is the putation of the temperature fields of the strip and the roll. The last part is the determination of the microstructural evolution such as the grain size, the recrystallized fraction, and the cooling transformation. The analysis of the hot strip rolling process makes use of the rigidviscoplastic FEM based on the flow formulation of the penalized form of the in pressibility. According to the variational principle, the basic equation for the finiteelement formulation is expressed as：where is equivalent stress； s equivalent strainrate。 and is temperature. Hot rolling is a thermomechanical process analyzed by solving the heat conduction equation coupled to a deformation analysis. During the rolling process, the temperature distribution in the strip can be calculated using the governing partial differential equation.where is density。 and is heat generation. The heat transfer mechanism during hot rolling is very plex. The heat loss between stands is mainly caused by the convection and radiation to the air, and more rapid during descaling or cooling by water. After the rolled stock enters the rolling deformation region, heat generation occurs because of the deformation energy and the friction work at the contact surface.Austenite grain evolution of hot deformation is one of the physical metallurgical phenomena in hot strip rolling, and its evolution pattern mainly consists of four types, namely, dynamic recrystallization (DRX) during hot deformation, static recrystallization ( SRX) , and metadynamic recrystallization(MRX) after deformation, as well as grain growth after plete recrystallization when the dynamic and static recoveries are not only affect the resistance of the metal defo