电子开料锯在多种工况下的有限元分析与拓扑优化

摘要

随着木工产品的广泛应用,对木工机械行业的研究也越来越多。电子开料锯作为重要的木材加工机械,主要工作是对板料进行锯切,它所加工的木板精度直接影响到后续的加工质量,而且目前国内的开料锯相对国际先进水平仍有一定的差距,因此,对开料锯做有限元分析提高其工作的可靠性和精度并做出相应的优化具有很大的现实意义。在此论文中对开料锯研究的主要思路为:
　　首先,通过三维CAD建模软件SolidEdge建立电子开料锯几何模型,将其导入到HyperMesh软件中经过必要的简化以后,进行有限元网格的划分,定义好材料、单元属性、接触单元,并根据它的实际工作情况施加相应的约束和载荷等。
　　其次,将有限元模型导入到ANSYS软件中,根据三种特殊工况对开料锯进行静力学分析,得到了整机以及零部件的应力和应变情况,验证了其结构的合理性。三种特殊工况为:1、开料锯锯切木板尺寸为600×500×18mm,且加工时木板位于工作台的一端;2、锯切木板尺寸为600×100×18mm,加工时木板位于工作台的中间部位;3、锯切木板尺寸为600×100×18mm,加工时木板位于工作台的中间且锯切余料为10mm。
　　然后,利用ANSYS软件对电子开料锯进行模态分析,得到了它的前十二阶固有频率和主振型,并针对各阶主振型进行了分析。根据这些固有频率值,可以为开料锯工作时避免出现共振现象提供基础数据。
　　最后,基于人工材料密度的拓扑优化理论和变密度法拓扑优化准则,利用有限元分析软件HyperWorks中的OptiStruct模块对压梁进行拓扑优化,并针对其优化前后的静态特性做了对比,在保证较高的可靠性前提下,实现了压梁结构的轻量化,从而有效的减少了生产成本。
　　通过有限元分析表明,开料锯正常工作的可靠性较高,此电子开料锯的结构是合理的,加工产品的质量能满足精度要求,同时拓扑优化的结果也为进一步改善其结构奠定了基础。

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主要符号说明

第一章 绪论

1.1 课题的来源、目的和意义

1.2 国内外电子开料锯的发展与研究现状

1.3 本课题研究的主要内容和技术方案

第二章 电子开料锯有限元模型的建立

2.1 有限元法介绍

2.2 论文所用有限元软件简介

2.3 几何模型的建立

2.4 有限元模型的建立

2.5 本章小结

第三章 电子开料锯静力学分析

3.1 结构有限元位移法求解应力应变理论

3.2 设置求解控制选项

3.3 分析求解结果

3.4 本章小结

第四章 电子开料锯模态分析

4.1 模态分析理论

4.2 ANSYS软件模态分析简介

4.3 模态分析结果

4.4 模态分析小结

第五章 压梁的拓扑优化

5.1 拓扑优化方法概述

5.2 拓扑优化变密度法的数学模型和优化算法

5.3 压梁的拓扑优化

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要工作总结

6.2 对本课题的展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢