【正文】 ................. 15 變形分析 .............................................................................................. 15 討論 ...................................................................................................... 16 第三章 機身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 .................................................................................... 17 IV 優(yōu)化分析 ........................................................................................................ 17 優(yōu)化方案： .................................................................................................... 17 優(yōu)化方案一 : ......................................................................................... 17 優(yōu)化方案二： ...................................................................................... 20 優(yōu)化方案三： ...................................................................................... 24 第四章 機身模態(tài)分析 ......................................................................................... 28 模態(tài)分析概述 ................................................................................................ 28 機身的模態(tài)分析結(jié)果 .................................................................................... 29 機身自由模態(tài)圖 .................................................................................. 29 機身約束模態(tài)圖 .................................................................................. 33 第五章 結(jié)果 ........................................................................................................... 38 計 算結(jié)果分析 ................................................................................................ 38 對應力以及變形進行綜合優(yōu)化分析后所得的結(jié)論 .................................... 38 第六章 結(jié)論與展望 ............................................................................................. 40 結(jié)論 ................................................................................................................ 40 展 望 ................................................................................................................ 40 致謝 ............................................................................................................................ 42 參考文獻 .................................................................................................................. 43 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計 1 第一章 緒論 壓力機發(fā)展的現(xiàn)狀 壓力機以其良好的加工工藝性能，廣泛應用在各類機械加工和耐火材料制造企業(yè) [1]。它解決了傳統(tǒng)壓力機滑塊運動特性單一、壓力不易控制、工藝適應性較差的問題，不僅適用于典型的板料成形工藝，而且滿足了日趨復雜的板料成形新工藝的需要。如今，隨著我國經(jīng)濟的快速增長，對高精度、高效率的大型伺服壓力機的需求不斷增加。顯示器可以顯示出壓力機的壓制次數(shù)、每次的壓制壓力、油漏、循環(huán)周期等十多個參數(shù) [13]。它對包括幾何建模、網(wǎng)格劃分、求解、后處理 、優(yōu)化設計等在 內(nèi)的模塊都具有一體化的處理技術(shù) [15] 。包括創(chuàng)建或讀入幾何模型；定義材料屬性；劃分單元（節(jié)點及單 元）；（ 2）施加載荷進行求解。我國壓力機的分析水平還不高，長期以來還停留在材料力學的方法上，將機身簡化成桿梁結(jié)構(gòu)，許用應力大多來自經(jīng)驗。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機機身部件的強度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計以達到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。 2） 要求在保證液壓機強度和剛度的條件下對液壓機主要部件進行優(yōu)化設計。機身結(jié)構(gòu)分為鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種。 網(wǎng)格的劃分 單元的劃分遵循 “均勻應力區(qū)粗劃，應力梯度大的區(qū)域細劃 ”的原則，網(wǎng)格應細劃的位置：喉口圓角處及主墊板，網(wǎng)格應粗劃的位置是：左右側(cè)板的絕大部分及兩側(cè)板間的連接筋板等部位。 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計 10 圖 工作臺加載力示意圖 圖 缸上加載力示意圖 （ 3） 邊界的約束條件 施加邊界約束條件是有限元分析過程的重要一環(huán)，邊界約束條件的準確度直接 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計 11 影響到有限元分析的結(jié)果。因而在強度評價中通常采用第四強度理論導出的等效應力 e? （又稱 Von Mises 等效應力）來評價。 （ 2）許用角剛度 aC =[ aC ] [ aC ]= gP 式中： [ aC ]——機身的許用叫剛度， KN/urad ； gP ———壓力機公稱力 ， KN。而機身和墊板連接處最大 Von Mises 值為 98MPa 。兩側(cè)板應力不大。 從結(jié)構(gòu)在 Y 方向的位移等值線圖（圖 ）可以看出：最大正變形為 ，在液壓缸處，最小負變形為 ，小于 1mm。 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計 28 第四章 機身模態(tài)分析 隨著壓力機工作速度的提高，其振動問題和動態(tài)性能的分析愈來愈重要。 模態(tài)分析概述 一般以振動理論為基礎(chǔ)、以模態(tài)參數(shù)為目標的分析方法，稱為模態(tài)分析。經(jīng)過計算前十階模態(tài)振型如圖 ~，固有頻率如表 。 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計 39 第 三種方案（主板厚 112mm，加外輪廓），候口處的角變形合符要求，并減輕了機身的重量，基本合符要求。得出應力集中區(qū)域在喉口處。在本論文中所做工作，對于各部件有限元模型的建立均為軟件自動進行的劃分。有時侯很多事情看起來是很簡單的問題，但實際做起來去會發(fā)現(xiàn)有許多奧妙，這是因為其中蘊含著許多科學的問題。畢業(yè)設計中的許多思想和方法得益于指導老師的 指導和啟發(fā)，從設計選題到論文寫作都傾注了老師們很多心血。雖然我的設計作品不是很成熟，即使借鑒前人的很多資料仍然還有很多不足之處，但我仍然心里有一種莫大的成就感。期間查找資料，老師的認真指導，與同學的交流，反復修改繪制的零件圖，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。為了更好的反應在各種情況下機身是否符合安全性要求，因此，我希望做如下改進： 1）建立一個科學、準確、高效的有限元模型。通過 ANSYS 軟件將模型進行網(wǎng)格劃分，給出約束條件、邊界條件和載荷條件。 各種方案節(jié)省材料的對比 表 方案 材料的體積 (m3) 節(jié)省的材料 (m3) 節(jié)省的重量 (kg) 1（原方案） 0 0 2 (主板少 20mm) 3（侯口處加外輪廓） 4（加加強筋和兩側(cè)主板切除一部分） Q235A 比重為 7800 3/kgm 對應力以及變形進行綜合優(yōu)化分析后所得的結(jié)論 公司希望在滿足候口角變形的基礎(chǔ)上，保證液壓缸的強度和剛度，并要求減輕重量，通過對以上三種方案的計算，比較發(fā)現(xiàn)： 第一種方案（主板厚 132mm），基本合符公司的要求。 機身的模態(tài)分析結(jié)果 采用有限元法，利用 ANSYS 模態(tài)分析，其過程基本與靜態(tài)分析一致。如果機床的動力學特性不能與其使用的環(huán)境相適應，即結(jié)構(gòu)模態(tài)與激勵頻率耦合會是機床產(chǎn)生共振，嚴重時會使整個機床發(fā)生抖振，機床噪聲過大，局部產(chǎn)生疲勞破壞等。總位移（圖 ）可以看出最大變形為 ，小于 1mm。 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計 21 1）機身幾何模型 圖 機身幾何模型 2） Von Mises 應力等值線圖 圖 Von Mises 應力等值線圖 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計 22 3） X 方向位移變形圖 圖 X 方向位移變形圖 4） Y 方向位移變形圖 圖 Y 方向位移變形圖 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計 23 5） Z 方向位移變形圖 圖 Z 方向位移變形圖 6）總體變形圖 圖 總體變形圖 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計 24 從結(jié)構(gòu)在 Y 方向的全場應力等值線圖（圖 ）可以看出：最大應力為 129pa 左右，主要分布在候口處，小于許用應力。 優(yōu)化方案： 優(yōu)化方案一 : 為了減少材料，在原來方案的基礎(chǔ)上將主板厚度減少 20mm。 位移最大 值在液壓缸和候口處為 ，最小值在工作臺處為 0mm。 圖 Von Mises 應力等值線圖 2） Von Mises 局部圖 圖 Von Mises 局部圖 變形圖顯示 （單位： mm，以下相同） 劉惠斯 MP160 型雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計