基于有限元分析的大型落地数控镗铣床立柱的设计与优化
随着现代工业和科学技术的发展,机床产品也日益向着高速、高效、高精度和自动化方向发展,良好的结构动态性能要求己经成为产品开发设计中的重要优化指标之一。以有限元方法和模态分析理论为支撑的现代设计方法,己经成为现代机床设计发展的必然趋势。 本文首先综述了课题的背景和意义以及国内外的研究现状,并指出了用有限元方法进行机床设计和改进的新思路和重要意义,为后续的研究工作奠定了理论基础。 选取了CAD三维造型软件Solidworks和有限元分析软件ANSYS建立了立柱结构的有限元模型,进而对整体立柱结构进行了静、动态特性分析,在此基础上优选出静、动态性能较为优越的十字型筋板布局方案。然后通过改变壁板厚度和筋板的厚度以及高度,对整体立柱进行了灵敏度分析,表明改变这三类参数对立柱的动态特性影响不大。应用拓扑优化设计方法,最终确定了立柱的优化结构。 在机床的图纸设计阶段,运用有限元理论和模态分析理论,对机床结构的静、动态性能做出分析预测并运用优化设计方法进行优化,对于新机床工作性能的改善、加工精度的提高、开发周期的缩短和产品竞争力的增强无疑是十分重要的。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG537
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-7
- 致谢7-13
- 第一章 绪论13-22
- 1.1 课题背景13-15
- 1.2 课题来源15
- 1.3 国内外的研究现状及镗铣床技术现状15-18
- 1.3.1 国内的研究现状15-16
- 1.3.2 国外的研究现状16-17
- 1.3.3 国内外镗铣床技术现状17-18
- 1.4 本课题的意义18-20
- 1.4.1 TK6916 数控落地镗铣床简介18-19
- 1.4.2 针对此型机床立柱结构优化的意义19-20
- 1.5 本课题采用的研究方法与工作流程20-21
- 1.5.1 研究方法20
- 1.5.2 工作流程20-21
- 1.6 本章小结21-22
- 第二章 机械结构有限元分析基础22-27
- 2.1 有限元方法的基本思想和原理22
- 2.2 有限元方法的发展和应用22-24
- 2.3 结构分析的有限元方法24-26
- 2.4 本章小结26-27
- 第三章 立柱结构的三维建模及有限元建模27-33
- 3.1 有限元分析软件的选择27-28
- 3.2 建立立柱结构实体模型28-30
- 3.2.1 选择 CAD 实体模型软件28-29
- 3.2.2 建立模型并简化29-30
- 3.3 建立立柱有限元模型30-32
- 3.3.1 导入模型30
- 3.3.2 定义单元属性30-32
- 3.3.3 划分网格32
- 3.4 本章小结32-33
- 第四章 立柱结构静力分析33-42
- 4.1 ANSYS 线性静力分析的基本步骤33-34
- 4.2 计算载荷与施加边界条件34-37
- 4.2.1 计算载荷34-35
- 4.2.2 施加边界条件和载荷35-37
- 4.3 求解计算与分析结果37-41
- 4.3.1 刚度分析37-39
- 4.3.2 应力分析39-40
- 4.3.3 模型与计算结果精度分析40-41
- 4.4 本章小结41-42
- 第五章 立柱结构动态特性分析42-48
- 5.1 模态分析理论介绍42-43
- 5.2 计算方法的介绍43
- 5.3 模态分析计算步骤43-45
- 5.3.1 建立模型43-44
- 5.3.2 设置分析类型和选项44
- 5.3.3 施加动力分析载荷并求解44
- 5.3.4 查看结果44-45
- 5.4 模态计算结果45-47
- 5.5 模态计算结果分析47-48
- 第六章 立柱的结构优化设计48-69
- 6.1 引言48
- 6.2 选型优化48-53
- 6.3 立柱设计参数的灵敏度分析及结构改进53-58
- 6.3.1 结构的动态特性灵敏度分析53
- 6.3.2 立柱结构设计参数的灵敏度分析53-56
- 6.3.3 立柱结构的改进与检验56-58
- 6.4 立柱结构的拓扑优化58-67
- 6.4.1 优化技术概述58
- 6.4.2 结构拓扑优化方法58-61
- 6.4.3 本课题拓扑优化方法的选取61
- 6.4.4 用于拓扑优化的立柱有限元模型的建立61-62
- 6.4.5 以静态参数为约束的立柱拓扑优化62
- 6.4.6 拓扑优化结果62-64
- 6.4.7 拓扑优化结果验证64-67
- 6.5 本章小结67-69
- 第七章 总结与展望69-71
- 7.1 总结69
- 7.2 展望69-71
- 参考文献71-73
- 在攻读硕士学位期间发表的论文73-74
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本文编号：185961
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