TLJ400连续挤压机机架的轻量化设计

摘要

机架是连续挤压机上的基础部件，也是极为重要的承载部件。过去一直在用传统的方法设计机架。传统的工程计算采用类比的经验设计方法，在验算机架结构的强度与刚度时，为了可靠起见，常常选择过大的安全系数，造成所设计的机架结构尺寸与重量偏大。所以，在满足使用要求的前提下，减轻机架的重量显得十分必要，这将可以节省材料、降低能耗和减轻环境污染。本文围绕机架的轻量化这一问题进行了研究。主要内容包括： ⑴对机架进行受力分析与载荷计算。利用结构力学和理论力学的相关理论完成了受力分析的简化，确定了研究安装于机架上的压紧缸、靴座、挤压轮和压实轮对挤压机机架的作用影响；通过理论分析与计算，得到了机架相应受力区域的载荷大小，同时建立了机架的力学模型，为机架的后续有限元模拟仿真奠定了基础。 ⑵利用通用有限元分析软件ANSYS对机架进行强度分析。采用实体建模的方式在ANSYS中建立机架的几何模型，进而选取合适的单元与网格划分方法生成机架的有限元模型；通过对有限元模型的计算，掌握了机架的应力分布情况，并完成了机架强度的校核，得出可对机架进行轻量化的结论。 ⑶在现场对机架进行了应力测试实验。利用DH-5920动态信号测试分析系统采集到挤压机工作时机架的应力曲线；在比较分析了实验结果与有限元模拟结果后，发现实验结果验证了有限元模拟结果的正确性。 ⑷对机架进行轻量化的结构改进。利用ANSYS中的工具进行多次尝试，最终找到了一个满足要求的最优轻量化方案，可作为以后机架设计的参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

绪 论

第一章 有限元法基本理论

1.1有限元法概述

1.2有限元法的基本思想及特点

1.2.1有限元法的基本思想

1.2.2有限元法的特点

1.3有限元法求解的基本步骤

1.4有限元模型建模准则

1.5有限元模型性能指标

本章小结

第二章 有限元软件ANSYS与结构分析

2.1 ANSYS简介

2.2 ANSYS软件的产品系列

2.3 ANSYS设计产品的优点

2.4 ANSYS功能简介

2.5 ANSYS架构及基本分析过程

2.6 ANSYS中实体建模的两种方式

2.7结构分析概述

2.8结构线性静力分析

2.8.1静力分析的定义

2.8.2静力分析的注意事项

本章小结

第三章 机架的受力分析与载荷计算

3.1受力分析的工况与简化

3.1.1受力分析的具体工况

3.1.2受力分析的简化

3.2机架力学模型的建立(机架主要受力的分析计算)

3.2.1压紧缸与靴座对机架的作用

3.2.2挤压轮与压实轮对机架的作用

3.2.3机架主要受力示意图

3.3机架上部分次要受力的分析计算

3.3.1轴向摩擦力对机架的影响

3.3.2工作部件的重力对机架的影响

本章小结

第四章 机架的有限元结构强度分析

4.1机架几何模型的建立

4.1.1建立模型的一般步骤

4.1.2生成模型的方法及比较

4.1.3工作平面及其功能

4.1.4机架的几何模型

4.2机架有限元模型的生成及其载荷的施加

4.2.1定义模型的单元属性

4.2.2几何模型网格划分

4.2.3载荷的施加

4.3有限元计算结果分析与强度校核

4.3.1计算结果分析

4.3.2强度校核

4.3.3结论

本章小结

第五章机架动态电测实验及分析

5.1实验目的

5.2电测法的基本原理及优点

5.3实验器材及相关介绍

5.3.1实验主要仪器及设备

5.3.2 DH-5920动态信号测试分析系统

5.4应变片布置与桥路的连接

5.4.1应变片的布置

5.4.2桥路的连接

5.5实验内容

5.5.1实验步骤

5.5.2实验注意事项

5.5.3应力应变测试系统的标定

5.6实验结果分析

本章小结

第六章 机架的结构改进与轻量化设计

6.1改善应力集中问题的结构改进尝试

6.1.1应力集中的概念与改善方法

6.1.2针对应力集中的机架结构改进

6.2初步轻量化尝试

6.2.1初步轻量化设计一

6.2.2初步轻量化设计二

6.3利用ANSYS中设计优化模块进行优化的尝试

6.4拓扑优化的探索

6.5机架轻量化最优方案的研究

6.5.1轻量化的设计思路

6.5.2轻量化的方案及其比较

6.5.3最优轻量化方案的提出

本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢