大型肋骨冷弯机结构优化研究

摘要

通常，我们认为水平弯曲油缸的最大推、拉力超过4000kN的肋骨冷弯机为大型肋骨冷弯机。本文把有限元法用到大型肋骨冷弯机的设计中，用ANSYS来优化大型肋骨冷弯机中机架的刚度，以提高型材成形质量。 本文首先介绍有限元法及肋骨冷弯机的工作原理和主要机构，对静态工况下肋骨冷弯机中机架进行受力分析。由于实验才能判断有限元模型及计算结果正确与否，所以本文根据现有的实验条件和静态工况下肋骨冷弯机中机架的受力情况，来建立1000kN肋骨冷弯机中机架的有限元模型，采用两种方法来模拟中夹紧油缸套和机架的螺栓连接，针对这两种简化方法采用不同的算法来计算中机架的静态刚度，并对这两种算法在技术环节和计算结果两方面作比较，两种算法各有所长，无法取舍，所以必须通过实验来选择算法。 为验证1000kN肋骨冷弯机中机架的有限元模型的正确性和选择算法，本文制定1000kN数控肋骨冷弯机的实验计划和选择实验仪器，用两种方法测量，详细记录实验过程和实验数据。用标准偏差的方法来处理实验数据，得出实验结果。根据实验结果证明1000kN肋骨冷弯机中机架的有限元模型是正确的，并选取误差较小、操作较方便的算法。由于各型号的肋骨冷弯机工作原理相同、结构相似、中机架受力特点相同，所以实验选定的算法可以运用到大型肋骨冷弯机中机架静态刚度计算中，用选定的算法对4000、5000和8000kN三种型号的大型肋骨冷弯机中机架进行静态刚度计算。 介绍ANSYS软件的优化设计方法、收敛准则和步骤，选取零阶方法作为优化大型肋骨冷弯机中机架刚度的算法。在上面工作的基础上，用实验选取的算法，编写命令流，对大型肋骨冷弯机的中机架建立参数模型，进行优化设计计算。分析优化计算结果，优化配置中机架前板、后板和侧板的厚度，作为大型肋骨冷弯机设计、生产的参考，这就是本文的创新之处。 本文通过对大型肋骨冷弯机的结构优化研究，优化配置中机架前板、后板和侧板的厚度，既满足了中机架的刚度要求，又节约了材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1船体型材加工技术的研究进展

1.1.1船体型材加工技术现状

1.1.2船体型材加工的发展趋势

1.2课题的目的和意义

1.3本文工作概述

第2章 1000kN肋骨冷弯机中机架静态刚度计算

2.1有限元法的简介

2.1.1有限元的基本概念

2.1.2有限元的提出和发展

2.1.3有限元在机械设计中的运用

2.2肋骨冷弯机的工作原理和主要机构

2.2.1肋骨冷弯机的工作原理

2.2.2肋骨冷弯机主要机构

2.3静态时肋骨冷弯机中机架的受力分析

2.4对1000kN肋骨冷弯机的中机架建立有限元模型

2.4.1有限元模型的简化

2.4.2单元的选取

2.4.3网格的划分

2.5两种算法比较

2.5.1第一种计算方法

2.5.2第二种计算方法

2.5.3两种算法的优劣对比

第3章 算法的验证及大型肋骨冷弯机中机架静态刚度计算

3.1实验仪器

3.1.11000kN数控肋骨冷弯机

3.1.2测量仪器

3.2实验过程

3.2.1实验目的

3.2.2实验的主要步骤

3.3实验总结

3.3.1肋骨冷弯机中机架受力分析

3.3.2实验结果分析和算法选取

3.4大型肋骨冷弯机中机架的静态刚度计算

3.4.1 4000 kN肋骨冷弯机中机架的静态刚度计算

3.4.2 5000 kN肋骨冷弯机中机架的静态刚度计算

3.4.3 8000 kN肋骨冷弯机中机架的静态刚度计算

第4章ANSYS软件的优化设计方法

4.1优化设计的概念

4.2优化设计的基本定义

4.2.1优化变量

4.2.2设计序列

4.2.3分析文件

4.2.4循环

4.2.5优化数据库

4.3 ANSYS的优化方法和收敛准则

4.3.1优化方法

4.3.2收敛准则

4.4优化设计的步骤

4.4.1生成分析文件

4.4.2构建优化控制文件

4.4.3优化求解

第5章大型肋骨冷弯机的优化设计

5.1 4000kN肋骨冷弯机中机架的结构优化

5.1.1 4000kN肋骨冷弯机的优化模型建立

5.1.2优化结果

5.2 5000kN肋骨冷弯机中机架的结构优化

5.3 8000kN肋骨冷弯机中机架的结构优化

5.4大型肋骨冷弯机中机架优化设计的总结

5.5提出对大型肋骨冷弯机设计的建议

第6章总结与展望

6.1总结

6.2问题和展望

参考文献

致谢

学术论文发表情况

附录