基于有限元技术的板材加工机械优化设计与分析

摘要

基于有限元法的结构分析和优化技术的广泛应用，能够有效缩短研制周期，降低开发成本，提高产品的质量和可靠性。本课题以JF21-160型压力机机架结构为研究对象，在考虑材料特点及静动态特性条件下进行有限元建模和分析以及结构优化，采用大型通用化有限元分析软件ANSYS作为分析工具，对机架结构进行静态、动态分析和优化，为产品设计和试验提供依据和指导。 根据不同类型机架的特点，基于有限元技术基本理论及其运算方法，本文运用ANSYS参数化建模工具APDL语言，确定以壳单元为主建立压力机机架有限元模型，在建模过程中对模型进行必要的简化，以便快捷地进行优化设计计算。通过静态分析给出机架在不同工况下的应力和位移分布情况，为机架结构优化提供依据。 对压力机机架进行模态分析，讨论各频率对机架模态的影响，在压力机机架在满足足够的强度和刚度条件下，通过优化机架几何尺寸及其各部分板厚使其所用材料为最少。并根据静力分析结果和机架整体结构，选取机架部分几何尺寸和各组成部分的板厚作为设计变量，在满足强度和刚度条件下，以机架的体积作为目标函数采用零阶方法对机架进行结构优化，最大限度减轻重量。 通过对板材加工机械压力机机架有限元分析，能够为企业提高其设计质量，增强效益，具有实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题的背景及意义

1.2国内外有限元技术发展现状

1.3本课题的主要内容及研究方法

第二章有限元方法基本理论

2.1有限元方法概述

2.2有限元方法的一些发展趋势

2.2.1与CAD软件的无缝集成

2.2.2更强大的网格处理能力

2.2.3由求解线性问题发展到求解非线性问题

2.2.4由单一结构场求解发展到耦合场问题求解

2.2.5程序面向用户具有开放性

2.3有限元方法分析过程

2.3.1建模阶段

2.3.2计算阶段

2.3.3后处理阶段

2.4有限元方法计算步骤

2.4.1结构离散化

2.4.2单元分析

2.4.3整体分析

2.5本章小节

第三章对压力机机架静态分析

3.1压力机机架的总体组成结构

3.2压力机机架有限元模型的建立

3.2.1单元类型的选择

3.2.2几何模型的建立

3.2.3实体模型的网格划分

3.2.4利用APDL语言参数化建模

3.3边界约束条件及加载说明

3.4计算结果分析

3.4.1位移分析

3.4.2角变形

3.4.3应力分析

3.5本章小节

第四章对压力机机架模态分析

4.1模态分析基本理论

4.1.1关于连续系统的模态分析

4.1.2模态分析的求解方法

4.1.3用ANSYS软件进行模态分析

4.2压力机机架的模态分析

4.2.1各阶频率与振型

4.2.2振动变形分析

4.3本章小节

第五章压力机机架的结构优化设计

5.1结构优化理论简述

5.1.1结构优化设计理论基础

5.1.2用结构优化设计理论分析问题

5.1.3有关结构形状优化设计介绍

5.2结构优化设计的方法步骤

5.2.1结构优化数学模型

5.2.2在ANSYS环境中的设计优化

5.3对机架进行整体连续优化

5.3.1选取优化对象

5.3.2优化分析结果

5.4对机架进行离散变量结构优化

5.4.1优化方案的选取

5.4.2按照优化方案进行分析处理

5.4.3与原始方案进行比较

5.5本章小节

第六章结论和展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

作者简介及攻读硕士学位期间发表的论文