拉伸液压机预紧方案设计与压制性能优化仿真技术及其应用研究

摘要

随着石化能源、轨道交通、航空航天工业的飞速发展与钛合金等新型材料的推广应用，石化管道、高速列车、航天飞行器中所需主要构件向大型、复杂、高精度成形的方向发展，对拉伸液压机的设计制造提出了更高的要求。本文针对拉伸液压机设计过程中的立柱与上梁间开缝的问题、机身结构优化忽视预应力的问题、压制性能缺乏综合性验证等问题，提出了拉伸液压机预紧方案设计与压制性能优化仿真技术，并将其应用于拉伸液压机的实际设计开发过程中。
　　论文的主要研究内容包括:
　　第一章概述了拉伸液压机设计技术的发展现状，综述了液压机本体结构设计优化与性能仿真技术的研究现状，指出了拉伸液压机设计过程中存在的问题，给出了全文的研究内容与结构框架。
　　第二章提出了基于序贯近似的拉伸液压机机身预紧方案设计方法。分析了拉杆立柱刚度比、拉杆偏置量等对机身整体性的影响，基于kriging序贯近似建模方法，建立了以各影响因素为设计变量、临界载荷系数为目标变量的预紧方案设计模型，提出了拉伸液压机预紧方案求解流程。以150MN拉伸液压机预紧方案设计为例，验证了该方法的有效性。
　　第三章提出了基于体胞演变的拉伸液压机立柱结构参数优化方法。研究了多面体夹芯结构体胞的演变机理，提出了含多面体夹芯结构的新型液压机立柱，以演变参数为设计变量，立柱质量为优化目标，预紧连接、强度和刚度为约束条件，建立了基于径向基函数近似方法的新型液压机立柱结构参数优化模型，并采用遗传算法获得模型最优解。基于150MN拉伸液压机运行工况，验证了该结构与优化方法的可靠性。
　　第四章提出了基于构件化的拉伸液压机压制过程性能仿真方法。基于仿真领域的差异性，从运动学、动力学与静力学角度将拉伸液压机压制性能分解为活动横梁运动、机身振动和部件刚度三个方面，实现拉伸液压机压制过程多学科性能仿真。以150MN拉伸液压机为例，建立了该液压机压制性能解析树，对活动横梁运动及下横梁刚度进行了仿真分析。
　　第五章结合实际项目，开发了拉伸液压机本体结构设计与优化仿真系统，并在企业中得到实际应用，验证了本文所述方法的有效性与系统的可行性。
　　第六章在总结全文研究内容的基础上，对课题今后的研究方向进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 液压机本体结构设计优化与性能仿真技术研究现状

1．2．1 机身预紧技术研究现状

1．2．2 结构优化技术研究现状

1．2．3 性能仿真技术研究现状

1．3 拉伸液压机预紧方案设计与压制性能优化仿真技术的提出

1．3．1 拉伸液压机立柱与上梁间弯曲性开缝的问题

1．3．2 拉伸液压机机身结构优化忽视预应力的问题

1．3．3 拉伸液压机压制性能缺乏综合性验证的问题

1．4 论文的研究内容与结构框架

1．4．1 论文研究内容

1．4．2 论文结构框架

1．5 本章小结

2 基于序贯近似的拉伸液压机机身预紧方案设计

2．1 引言

2．2 拉伸液压机机身开缝影响因素分析

2．2．1 拉伸液压机机身开缝状态评价参数

2．2．2 拉杆立柱刚度比对机身开缝的影响

2．2．3 拉杆偏置量对机身开缝的影响

2．2．4 上横粱弯曲刚度对机身开缝的影响

2．2．5 预紧力对机身开缝的影响

2．3 拉伸液压机机身预紧方案求解

2．3．1 Kriging近似模型方法

2．3．2 基于Kriging的序贯近似建模方法

2．3．3 拉伸液压机机身预紧方案求解流程

2．4 应用实例

2．4．1 150MN拉伸液压机机身预紧方案设计采样

2．4．2 150MN拉伸液压机机身预紧方案设计建模

2．4．3 150MN拉伸液压机机身预紧方案优化求解

2．5 本章小结

3 基于体胞演变的拉伸液压机立柱结构参数优化

3．1 引言

3．2 多面体夹芯结构体胞演变机理

3．2．1 体胞结构相似变换

3．2．2 体胞结构切边变换

3．2．3 体胞结构复合变换

3．2．4 体胞结构阵列变换

3．3 含多面体夹芯的拉伸液压机立柱结构优化

3．3．1 径向基函数近似模型方法

3．3．2 立柱结构参数优化建模

3．3．3 立柱结构参数优化流程框架

3．4 应用实例

3．4．1 150MN拉伸液压机立柱壁板结构优化建模

3．4．2 150MN拉伸液压机立柱壁板结构优化求解

3．4．3 150MN拉伸液压机立柱结构优化结果分析

3．5 本章小结

4 基于构件化的拉伸液压机压制过程性能仿真

4．1 引言

4．2 拉伸液压机构件化仿真的基本机制

4．2．1 构件化仿真的基本要素

4．2．2 拉伸液压机压制性能解析树的构建

4．2．3 拉伸液压机构件化仿真流程

4．3 拉伸液压机压制性能分析

4．3．1 拉伸液压机活动横梁运动特性分析

4．3．2 拉伸液压机负载突变机身振动分析

4．3．3 拉伸液压机机身关键部件结构刚度分析

4．4 应用实例

4．4．1 150MN拉伸液压机仿真模型建立

4．4．2 150MN拉伸液压机活动横梁运动仿真

4．4．3 150MN拉伸液压机下横梁刚度分析

4．5 本章小结

5 拉伸液压机本体结构设计与优化仿真系统的实现

5．1 引言

5．2 系统应用背景与体系架构

5．2．1 系统应用背景

5．2．2 系统体系架构

5．3 系统功能模块

5．3．1 拉伸液压机产品信息管理模块

5．3．2 拉伸液压机预紧方案设计模块

5．3．3 拉伸液压机结构参数优化模块

5．3．4 拉伸液压机拉伸过程仿真模块

5．4 拉伸液压机预紧方案设计与优化仿真应用

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历