四柱式液压机有限元分析及优化

摘要

液压机的机身结构是液压机结构的重要组成部分。用传统的设计方法设计出来的机身结构存在诸多问题，例如使用材料过于保守，重量过大，经济效益低下等，从而降低了产品竞争力。本文介绍了液压机结构在国内外的发展和国内液压机结构设计分析方法，并对国内一些液压机结构优化的研究做出总结。本课题采用Solidworks与Ansys Workbench两款软件，分析四柱式液压机机身及主要部件的应力分布和等效变形情况，并对机身主要部件进行优化，在符合机身强度和刚度的前提下，完成产品轻量化设计。
　　首先，本文针对现有YH32-800四柱式液压机的机构，建立了准确的装配模型和分析模型。根据液压机工作的实际情况施加边界条件，利用Ansys Workbench对压力机机身及各主要部件进行静态结构分析，求出应力分布和变形情况，并对原方案进行了一定的评价。然后根据上述静态分析结果，得出压力机机身及各主要部件原方案的设计有较大优化空间的结论。然后建立了以优化尺寸为参数变量的三维模型，把强度和刚度作为约束条件，有关筋板厚度作为设计变量，质量最小值作为目标函数。运用Design Explorer快速优化工具进行优化改进。优化中选取多组设计变量的实验点，计算不同实验点的目标响应值，得到主要部件的优化设计方案。最后将各个部件装配，对压力机机身结构进行整体静力分析，评价最终优化设计方案的效果。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外液压机的发展

1．2．1 西方国家锻造液压机发展进程

1．2．2 国内锻造液压机发展历程

1．3 液压机结构设计优化方法的发展

1．4 研究的主要内容、目的和意义

1．4．1 研究的主要内容

1．4．2 研究的目的和意义

第二章 有限元法理论

2．1 引言

2．2 弹性力学和有限元理论基础

2．2．1 弹性力学假说

2．2．2 弹性力学中的一般定理

2．2．3 弹性力学的基本方程

2．2．4 有限元的核心思想

2．2．5 连续体力学有限元分析

2．3 有限元法介绍

2．3．1 有限元法及相关理论相关发展简史

2．3．2 有限元法的主要内容

2．3．3 有限元法常用术语

2．3．4 有限元法的基本步骤

第三章 四柱式液压机机身结构有限元分析

3．1 四柱式液压机机身结构

3．1．1 引言

3．1．2 机身结构

3．2 机身有限元分析

3．2．1 机身模型的简化

3．2．2 结构实体模型的建立

3．2．3 结构有限元模型的建立

3．2．4 施加载荷并求解

3．2．5 结果分析

3．3 三大部件之上横梁分析

3．4 三大部件之滑块分析

3．5 三大部件之下横梁分析

第四章 优化设计理论

4．1 优化设计理论

4．1．1 设计变量

4．1．2 约束条件

4．1．3 目标函数

4．1．4 建立优化设计问题的数学模型一般步骤

4．1．5 优化问题的基本解法

4．2 优化设计的发展概况

4．3 优化设计中的灵敏度分析

4．4 Design Explorer基础

4．4．1 主要参数介绍

4．4．2 优化方法设定

4．4．3 响应面设计方法简介

第五章 四柱式液压机机身结构优化设计

5．1 上横梁结构优化设计

5．1．1 建立参数化模型

5．1．2 建立优化数学模型

5．1．3 优化结果分析

5．2 滑块结构优化设计

5．2．1 建立参数化模型

5．2．2 建立优化数学模型

5．2．3 优化结果分析

5．3 下横梁结构优化设计

5．3．1 建立参数化模型

5．3．2 建立优化数学模型

5．3．3 优化结果分析

5．4 液压机整机优化结果

总结

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况