Z3025×10B型摇臂钻床的有限元分析与优化

摘要

随着有限元技术的发展与推广，有限元分析得到了越来越多的应用。有限元分析为产品设计提供了有力的参考，缩短了新产品开发的周期，降低了新产品开发的成本，降低了废品出现的机率。因此，对新产品进行有限元分析，是新产品开发的重要而且有必要的步骤。 铸铁、钢等原材料价格的上涨，导致钻床的生产成本提高，而激烈的市场竞争对钻床又提出了更高的要求，因此，对钻床结构进行优化，减少钻床原材料的消耗，是非常有必要的。 本文对23025×10B型摇臂钻床进行有限元分析与优化，主要目的是保证该型号的钻床在满足强度、刚度和精度要求的前提下，优化摇臂钻床的结构，减少原材料的消耗，从而降低该钻床的成本。具体工作如下： ●使用SolidEdge对钻床的底座、内柱、外柱、摇臂和其它一些零部件进行实体建模，并将这些零件装配起来，在ABAQUS中对钻床整体进行静力分析，检查各个零件的应力和应变，得出钻床的静态精度；根据计算结果，提出修改方案，并对修改后的方案进行校核； ●利用ABAous计算改型前后的钻床整体的模态，提取前15阶固有模态，并将模态的频率与钻床的转速相比较，检查钻床的转速是否会引起共振；进行谐响应分析，分析钻床在不同频率激励下的响应；对摇臂也进行了模态分析和谐响应分析； ●使用OptiStruct对钻床底座进行拓扑优化，在满足最大位移约束和一阶模态约束的前提下，优化了底座加强筋的布置，减少了材料的消耗； ●编写基于Python的ABAous脚本，验证了单元尺寸的合理性。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1引言

1.2有限元法简介

1.3国内外有限元分析的发展现状

1.4结构优化设计方法及其在工程中的应用

1.5摇臂钻床简介

1.6课题背景

第二章摇臂钻床的有限元静力分析

2.1引言

2.2 ABAQUS简介

2.3灰铸铁200(HT200)的力学性能

2.4摇臂钻床的静力分析

2.4.1摇臂钻床的结构

2.4.2摇臂钻床结构有限元建模

2.4.3摇臂钻床静力分析的结果

2.5改型设计方案的静力分析

2.5.1钻床的整体分析结果

2.5.2内柱的分析结果

2.5.3摇臂的分析结果

2.5.4垂直度的计算

2.5.5改型后钻床的各参数与原方案的对比

2.6总结

第三章摇臂钻床的有限元动态分析

3.1引言

3.2动力学有限元法的基本原理

3.2.1固有频率和模态

3.2.2阻尼

3.3摇臂钻床整体的有限元模态分析

3.3.1原摇臂钻床整体的模态分析结果

3.3.2改型后摇臂钻床整体的有限元模态分析

3.4摇臂钻床整体的有限元谐响应分析

3.4.1有限元谐响应分析的概述

3.4.2摇臂钻床谐响应分析结果

3.5摇臂的有限元模态分析

3.5.1原方案摇臂的模态分析结果

3.5.2改型后摇臂的模态分析结果

3.6摇臂的有限元谐响应分析

3.6.1原方案摇臂的谐响应分析结果

3.6.2改型后摇臂的谐响应分析结果

3.7小结

第四章基于拓扑优化技术的钻床底座加强筋的布局研究

4.1引言

4.2拓扑优化算法

4.3结构拓扑优化设计流程

4.4基于拓扑优化布置底座的加强筋

4.4.1问题描述

4.4.2拓扑优化的定义

4.4.3拓扑优化后置处理及验证

4.5小结

第五章基于Python的ABAQUS模型单元尺寸合理性的验证

5.1引言

5.2 ABAQUS脚本接口简介

5.3摇臂模型单元尺寸的验证

5.4进一步验证

5.5小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2不足与展望

致谢

参考文献

附录