JS-500精整壓力機機身結構有限元分析及改進設計

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身 結構 有限元分析及改進設計 專 業(yè)： 學 生： 指導教師： 完成日期： 畢業(yè)設計（論文）前期工作材料 學生姓名： 學號： 系 部： 專 業(yè)： 設計（論文）題目： 整壓力機機身結構 有限元分析及改進設計 指導老師： 材 料 目 錄 序號 名 稱 數量 備注 1 畢業(yè)設計（論文）選題、審題表 1 2 畢業(yè)設計（論文）任務書 1 3 畢業(yè)設計（論文）實習調研報告 1 4 畢業(yè)設計（論文）開題報告（含 文獻綜述） 1 5 畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯（含原文） 1 6 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 1 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）選題、審題表 學 院 選 題 教 師 姓名 專 業(yè) 專業(yè)技術 職務 申報課題名稱 整 壓力機 機身 結構有限元分析及改進設計 課題性質 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 課題來源 A B C D √ √ 課題簡介 本課題 來源于揚州捷邁鍛壓機械有限公司。 整 壓力機為國內首創(chuàng)半開、半閉式壓力機， 整 壓力機是該公司根據市場需求而開發(fā)研制的產品 ,專門用于鍛壓汽車零部件而生產的， 適于薄板的沖載、成形、彎曲、校正、拉深和整形等各種冷沖壓工藝 。 要求我們運用有限元分析技術，對 整壓力機進行結構分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機產品的性能，質量和壽命，降低產品成本提供科學計算分析的依據，增強其產品在市場的競爭力。 本課題的目的在于鞏固和擴大學生在校期間所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合 運用所學知識分析和解決工程中的實際問題的能力；培養(yǎng)學生調查研究以及資料、信息獲取和分析的能力；培養(yǎng)學生在設計過程中使用計算機的能力；培養(yǎng)學生撰寫論文的能力；培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。 通過本課題的研究，使學生能夠掌握有限元建模、邊界條件的確定、載荷模擬及結構應力應變場的分析及優(yōu)化設計等現代設計方法。 設計（論文） 要 求 （包括應具備的條件） 技術要求： (1) 要求校核 整 壓力機在承載條件下的剛度和強度； (2) 要求在保證液壓機強度和剛度的條件下對液壓機主要部件進行優(yōu)化設計； (3) 分析液壓機的模態(tài)，并對 液壓機的工作狀況進行評估。 具備條件 ： (1) 機房提供學生完成課題所需計算機和有限元分析軟件 (2) 揚州大學圖書館提供學生所需資料。 課題預計 工作量大小 大 適中 小 課題預計 難易程度 難 一般 易 √ √ 所在專業(yè)審定意見： 負責人（簽名）： 年 月 日 院主管領導意見： 簽名： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 系 部： 專 業(yè)： 學生姓名： 學號： 畢業(yè)（論文）題目： 整 壓力機 機身 結構 有限元分析及改進設計 起 迄 日 期： 設計（論文 ）地點： 指 導 老 師： 專 業(yè) 負 責 人： 發(fā)任務書日期： 畢業(yè)設計（論文）任務書 1、本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 本課題來源于揚州捷邁鍛壓機械有限公司。 整 壓力機為國內首創(chuàng)半開、半閉式壓力機， 整 壓力機是該公司根據市場需求而開發(fā)研制的產品 ,專門用于鍛壓汽車零部件而生產的， 適于薄板的沖載、成形、彎曲、校正、拉深和整形等各種冷沖壓工藝 。 要求我們運用有限元分析技術，對 整 壓力機進行結構分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機產品的性能，質量和壽命，降低產品成本提供科學計算分析的依據，增強其產品在市場的競爭力。 本課題的目的在于鞏固和擴大學生在校期間所學的基礎知識和專業(yè)知識， 訓練學生綜合運用所學知識分析和解決工程中的實際問題的能力；培養(yǎng)學生調查研究以及資料、信息獲取和分析的能力；培養(yǎng)學生在設計過程中使用計算機的能力；培養(yǎng)學生撰寫論文的能力；培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。 通過本課題的研究，使學生能夠掌握有限元建模、邊界條件的確定、載荷模擬及結構應力應變場的分析及優(yōu)化設計等現代設計方法。 2、本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）： 務內容 要求運用有限元分析軟件 整 壓力機 進行有結構靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結構優(yōu) 化設計。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機機身部件的強度和剛度，并且根據分析的結果進行結構優(yōu)化設計以達到降低生產成本，提高經濟效益。模態(tài)分析可以求出機身振動的固有頻率以及相應的振型，分析各種振型對液壓機工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機現有結構的力學特性以及進而改善其結構有重要的意義，為液壓機的設計提供了理論和現實依據。主要任務內容有： （ 1） 對 整 壓力機 機身結構 進行三維實體建模 ； （ 2） 了解 整 壓力機 工作性質和工作狀態(tài) ；對其進行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案； （ 3） 劃分網格，進行有限元結構靜態(tài)分 析，求出機身的應力和應變分布規(guī)律， 評價載荷對壓力機工作性能的影響； （ 4） 對 機身 模型進行 自由 模態(tài)分析，求解 機身 固有頻率以及相應的振型等動態(tài)參數，分析其對工作狀況的影響。 （這項選做 ） ； （ 5） 根據分析結果，在應力集中危險區(qū)域采取措施改善應力狀況；在低應力區(qū)域，改變相關尺寸變量，以達到減輕部件總體質量的目的。重新進行有限元分析，檢驗改變尺寸后的剛度和強度。重復進行以上步驟，直到獲取最佳方案。 始條件及數據 該設備的主要參數如下 : 型 號 : 公 稱 壓 力 : 5000 公 稱壓行程： 8 滑塊行程長度： 300 滑塊行程次數： 30； 工件臺面尺寸： 前后方向 1100； 左右方向 1200； 工件臺面板厚： 200； 機身材料是 度 37800 ； 其他數據（材料等）見圖紙。 術要求 (4) 要求校核 整 壓力機 在承載條件下的剛度和強度。 (5) 要求在保證液壓機強度和剛度的條件下對液壓機主要部件進行優(yōu)化設計。 （ 3） 分析液壓機的模態(tài)，并對液壓機的工作狀況進行評估。 作要求 （ 1） 在深刻領會任務內容及要求的基礎上， 查找相關的文獻資料。（ 20 篇以上，除了教師已列出的文獻），通過查閱文獻資料認真研究原始材料，寫出開題報告； （ 2） 進行理論學習、上機操作、數據處理、分析總結、整理資料，完成與任務書要求相應的工作，并撰寫成畢業(yè)論文，獨立完成畢業(yè)設計的各項工作； （ 3） 畢業(yè)論文或設計說明書需符合規(guī)范化要求，即：由中外文題名、目錄、中外文摘要、引言（前言）、正文、結論、謝辭、參考文獻和附錄組成，中文摘要在 400 漢字左右，外文摘要在 250 個實詞左右，中文題名字數一般不超過 20 個，設計說明書、論文或軟件說明書的總字數在 萬漢字； （ 4） 完成英 譯中資料一份； （ 5） 畢業(yè)設計必須按時按量在規(guī)定的地點認真完成。 畢業(yè)設計（論文）任務書 3、對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求（包括畢業(yè)設計論文、 圖表、實物樣品等）： （ 1） 完成實習調研報告和開題報告； （ 2） 完成本課題規(guī)定的設計圖紙一份； （ 3） 完成按本任務書第二項內容所述要求撰寫研究論文 一篇 ，篇幅不少于 2 萬字；。 （ 4） 完成英譯中資料一份， 不少于 5000 字符 。 4、主要參考文獻： [1] 梁森 D]:[碩士學位論文 ]. 山東：山 東工業(yè)大學機械系， 2001. [2] 雷小寶 D]： [碩士學位論文 ]肥工業(yè)大學， 2007. [3] 張祖芳 D]:[碩士學位論文 ] 南大學， 2004. [4] 周平 D]:[碩士學位論文 ]京理工大學，2007. [5] 江克斌 , 屠義強 , 邵飛 現 . 北京 : 國防工業(yè)出社 . [6] 高耀東 , 郭嘉平 械工程應用 25 例 . [7] 劉茜，董正身，基于 C 型液壓機機身有限元分析，機械設計與制造， 2006，10018] 劉強，付文智，李明哲 塑性工程學報 0(5) [9] 傅志方，華宏星 上海 :上海交通大學出版社 ,2000 [10] 張洪武．有限元分析與 術基礎 [M]．北京：清華大學出版社， 2004 [11] 傅永華．有限元分析基礎［ M］．武漢：武漢大學出版社 ,2003． 8． [12] 侯曉望 , 童水光 . 基于有限元分析的液壓機結構優(yōu)化 [J]. 浙江大學學報 , 2005, 4: 4613] 尚曉江 , 邱峰 構有限元高級分析方法與 范例應用，北京 :中國水利水電出版社 ,2008 [14] 王文玷，田保杰 科技論文寫作與發(fā)表 北京：國防工業(yè)出版社 . [15] 尚曉江等 . 構有限元高級分析方法與范例應用 16] 章爭榮，孫友松等，開式數控回轉頭壓力機機身結構及其對剛度的影響，鍛壓機械，2001， 3 [17] 鐘志華，周彥偉 . 現代設計方法 [18] 雷小燕 中國鐵道出版社 0 [19] 龔曙光 礎應用及范例解析 畢業(yè)設計（論文）任 務書 5、本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃 起止日期 工 作 內 容 第 1： 第 3： 第 5： 第 8： 第 11－ 3 周： 第 14： 收集閱讀與課題有關的中英文資料 15 篇； 翻譯英文資料 ； 畢業(yè)實習，并完成實習報告； 調查研究、分析課題，提交開題報告； 有限元軟件（ 作練習； 對壓力機機身進行有限元建模研究； 結構分析，有限元計算，數據處理； 給出優(yōu)化方案及分析結果； 撰寫畢業(yè)論文； 對所做工作進行總結、分析、做 備畢業(yè)答辯 。 所 在專業(yè)審核意見： 負責人： 年 月 日 學院意見： 院長： 年 月 日 實習調研報告 —— 參觀揚力集團 由于畢業(yè)設計的需要，學長組織我們參觀實習了揚力集團，作為畢業(yè)設計的一個項目，是我們機械專業(yè)的學生學習的不可分割的一部分。通過實際的樣例再聯系平時我們課本所學的知識，兩者有機結合，增強我們的社會實踐能力。 江蘇揚力集團位于江蘇省揚州市邗江區(qū)霍橋鎮(zhèn)，創(chuàng)建于 1954 年，是一家長期致力于鍛壓機械與數控機床的研制、生產與銷售的企業(yè)集 團，集團是以江蘇揚力鍛壓機床有限公司為母公司成立的，其控股子公司為：江蘇富力數控機床有限公司、江蘇國力鍛壓機床有限公司、江蘇揚力鑄鍛有限公司、江蘇揚力堅城鍛壓機床有限公司、江蘇揚力模具有限公司等 5 家中外合資、股份公司、全資公司。目前揚力集團已成為國內生產壓力機數量最大、品種最多、規(guī)格最全的企業(yè)，中國鍛壓機床行業(yè)的龍頭企業(yè)，現價工業(yè)總產值和銷售量在全國鍛壓行業(yè)排名第一， 2008 元。 集團注冊資本總額為 5380 萬元，占地面積 1800 畝，固定資產總值 元，現有員工 4000 多人，分布 在揚州經濟開發(fā)區(qū)，邗江經濟開發(fā)區(qū)、揚州南郊霍橋鎮(zhèn)、揚州東郊灣頭鎮(zhèn)。規(guī)模化、現代化的生產形式奠定了揚力集團堅實的發(fā)展基礎。 集團長期致力于板材加工機械的研發(fā)、生產和銷售，擁有雄厚的科研力量和先進的生產設備。集團母公司致力于壓力機的研發(fā)、生產，其主要產品有： 10 余個系列 300 多個品種的高、中、普檔壓力機；產品均可方便配接開卷、校 平和自動送料等沖壓周邊設備，組成單機自動化生產線。亦可配接機械手組成多機自動化聯線。 江蘇富力數控機床有限公司致力于數控機床的研制開發(fā)，其主要產品有： 列數控轉塔沖床； 列數控閘式剪板機； 列數控折彎機。江蘇國力鍛壓機床有限公司致力于普通型和經濟型數控剪板機、折彎機的研發(fā)生產，其主要產品有： 列液壓擺式剪板機； 列經濟型數控液壓板料折彎機； 列經濟型數控液壓擺式剪板機。江蘇揚力堅城鍛壓機床有限公司主要致力于大型和重型壓力機的研制、 生產。江蘇揚力鑄鍛有限公司主要致力于各種鑄鐵、鑄鋼、鑄銅及其它有色金屬的鑄造。江蘇揚力模具有限公司主要致力于各種模具的設計和生產，具有設計生產塑料模具、大型金屬模具、級進模具、汽車模具等各種復雜模具的能力。 知識化、年輕化的員工隊伍，造就了揚力強大的研發(fā)能力和產品創(chuàng)新能力。公司可隨時根據客戶要求定制、改制特殊用途的各類專用壓力機、數控沖剪折等機 床。 標準化、全優(yōu)化的質量控制，確保了我們的產品質量。公司先后榮獲國家高新技術企業(yè)、江蘇省高新技術企業(yè)、江蘇省產品質量免檢企業(yè)、江蘇省高新技術企業(yè)、江蘇省名牌產 品、江蘇省重點保護產品等等稱號，并于 1998 年通過了 001 質量體系認證。 一體化、終端化的售后服務，解除了用戶的后顧之憂。公司先后在蘇州、上海、安徽、浙江、廣州、深圳、天津及蘇中地區(qū)建立了八個較為完善的，集售前、售中、售后服務于一體的分公司和五十七個子公司、辦事處，產品銷售遍布大江南北，并出口到東南亞、歐美等各國。 經營企業(yè)等于經營人生，揚力人意氣風發(fā)、滿懷豪情地將目光聚焦世界，并定下了第十一個五年計劃期間的宏偉藍圖：積極響應市政府近期提出的 ―再干三五年，實現新跨越 ‖號召，積極參與政府多形式 、多渠道、多元化的招商引資，爭創(chuàng)揚州工業(yè)第一方略中的先行企業(yè)，在優(yōu)化、提升現有產品品質的基礎上，專項開發(fā)制造超大型、高性能、柔性化、全自動壓力機生產線及高品質數控系列產品，并大力引進行業(yè)精英人才，力爭用五年左右的時間實現年銷售 30 億元，使揚力成為國際級壓力機生產基地和集散中心，并躋身世界壓力機生產企業(yè)前三強！ 由于我們的課題是關于壓力機的部分，所以我們主要參觀了壓力機裝配車間，通過學長的介紹，我們了解了在完善現代企業(yè)制度的進程中，楊力集團凸顯出生產規(guī)?；?、發(fā)展專業(yè)化、管理規(guī)范化、營銷網絡化、研發(fā)系列化、產 權自主化、服務優(yōu)質化、員工知識化的特點，并通過管理求新、技術創(chuàng)新、設備更新，以及集品種、品質、品位于一體的 “ 三品戰(zhàn)略 ” ，贏得了科技優(yōu)勢、質量優(yōu)勢和市場優(yōu)勢。并且先后獲 “ 江蘇省百強重點高新技企業(yè) ” “ 國家重點高新技術企業(yè) ” “ 國家級邗江數控金屬板材加工機械產業(yè)基地骨干企業(yè) ” 和 “ 中國機械 500 強 ” 等稱號， “ 揚力 ” 商標也被評為中國馳名商標。 在此次參觀實習中，學長重點跟我們講解了壓力機的幾種類別。壓力機主要工作原理就是曲柄滑塊，利用偏心桿的偏心距離達到滑塊上下移動的目的?；瑝K移動的距離正好就是二倍的偏心距離。 壓力 機主要有單輾壓力機和雙輾壓力機，據說還有多輾壓力機我們沒有見到。壓力機工作時由電機帶動飛輪，再帶動齒輪，而齒輪帶動偏心桿的轉動，從而使壓力機工作。 一般單輾壓力機體形較小，多為輕量級的壓力機，而雙輾壓力機噸位較大。雙輾的工作主要區(qū)別在同步保證兩桿的運動，一般有兩種方法：（ 1）兩個偏心桿的中間放置兩個緊密咬合的齒輪（ 2）兩個偏心桿的外端各放置一個小齒輪，在其上面放置一個連有兩個小齒輪的連桿，使四個齒輪兩兩咬合。壓力機又可分為開式和閉式，兩者各有優(yōu)劣，開式壓力機視野好，便于送料，易于操作，但可能會壓開出來，影 響 精度。閉式壓力機精度高，但不便于操作。 同時 ,學長還告訴我們在德國等工業(yè)發(fā)達國家，已經使用技術更高的雙電機壓力機了，可以支持更大噸位的工作。一方面由于技術的原因，我國無法制造出雙電機壓力機。另一方面，因為造價太高的原因，我國大部分企業(yè)不愿意花巨資購買。所以依舊普遍在使用單個電機的壓力機，這也是我們國家工業(yè)落后的地方。 通過這次的參觀實習，我進一步鞏固和深化所學的理論知識，彌補了實際工作中不足的一部分，同時也了解了一些機械行業(yè)的現狀，可惜因為不能動手實際操作。通過此次實習將原本書本上抽象的知識變得鮮活起來，了 解了機械專業(yè)在機械行業(yè)上的具體應用。為畢業(yè)設計打好了基礎，學到了很多自己以前不懂的知識。 同時了解的機械行業(yè)在我國的發(fā)展地位，意識到機械行業(yè)在我國的發(fā)展趨勢。我們必須加強實際的應用學習，以使自己將來步入社會能盡快的適應工作。為我國的機械行業(yè)添磚加瓦。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學 生 姓 名： 學號： 專 業(yè)： 設計（論文）題目： 整壓力機 機身 結構 有限元分析及改進設計 指 導 老 師： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 1、結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每 人撰寫 2000 字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 題研究的目的和意義 力機的概述 壓力機是一種通用性設備，可以廣泛的應用于粉末、陶瓷、橡膠、磁材、金屬、復合材料等的壓力成型以及各種機械、汽車裝配線上零部件的壓裝等工作。 但長期以來我國壓力機的設計和制造水平比較低，存在著其壓力、位置等參數的控制基本上還是手動或模擬量的調整，自動化水平低，壓機間及壓機與上位機間無法進行通訊，液壓回路控制簡單，床身結構為經驗設計等缺點，無法滿足高精度壓裝制造業(yè)的需求，與金屬切削設備相比，其伺服化、數字化 的開發(fā)進程落后數十年。特別是近年來，我國汽車工業(yè)正以前所未有的速度發(fā)展，從而帶動著整個制造業(yè)的振興，而在各種汽車零部件的制造和裝配過程中離不開壓力機械的使用，壓力機的市場需求在逐年增加，同時舊的壓力機也隨著產品技術要求的提高而需要更新。 因此，該機的研制成功與大量使用對于提高壓裝質量及降低操作者的勞動強度將起到重要的作用。也必將對于提升我國壓力機的裝備水平及至整個國民制造業(yè)有著深遠的意義 [1]。 機械壓力機是利用曲柄滑塊機構將電動機的旋轉運動轉變?yōu)榛瑝K的直線往復運動對坯料進行成形加工的鍛壓設備。能進行各種沖 壓工藝以直接生成半成品或成品 [2]。在所有的鍛壓設備中，機械壓力機所占比例高達 80%以上 [3]。 精整壓力機是一種精密、高速、高效的精密整形拉深壓力機，設備采用六連桿機構并進行了優(yōu)化設計，使該設備既具有類似于液壓機的運動特性曲線，又具有較快的行程次數 [4]。 內外壓力機的發(fā)展 目前我國壓力機機身的設計至今大多沿用經驗、類比的傳統(tǒng)設計方法，設計出的床身不僅性能差，結構笨重，速度、精度提不高，而且設計周期長，制造成本高，更新換代慢，這些問題使得國產壓力機在高檔次壓力機領域內無法與國外壓力機相抗衡。 隨著中國加入 國的機床制造企業(yè)的形勢將變得更加嚴峻，并面臨更為強大的競爭對手，為此，中國的壓力機制造企業(yè)必須改變原有的傳統(tǒng)設計方法，以先進的設計制造手段作為技術支撐，來提高我國壓力機的設計與制造水平，在新的市場環(huán)境中積極參與競爭。隨著 術的日益普及和應用，有限元方法等現代結構分析方法已為工程技術設計人員廣為認識和發(fā)展，在機床設計中得到廣泛的應用，并取得了顯著的技術經濟效益 [5]。 自改革開放以來，我國國民經濟得到了穩(wěn)定高速的發(fā)展，液壓技術已廣泛應用在冶金、工業(yè)設備、汽車、工程機 械、船舶、飛機、潤滑系統(tǒng)等各個領域 [6]。 近年來，由于我國國民經濟的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對壓力機特別是新型壓力機的需求越來越多，國內國際市場競爭非常激烈。世界許多壓力機生產廠家都把精力集中在開發(fā)高速度、高精度的壓力機上。我國目前對壓力機機身的設計長期以來還沿用經驗、類比的傳統(tǒng)設計方法，設計出的床身不僅性能差，結構笨重，速度、精度提不高，而且設計周期長，制造成本高，更新換代慢，這些問題使得國產壓力機在高檔次壓力機領域內無法與國外壓力機相抗衡。隨著電子技術、計算機技術與機床分析技術的結合，要求我們引入現代設計理 念與手段，利用有限元法進行靜態(tài)、動態(tài)特征的計算，對新型壓力機機身作全面的分析優(yōu)化。同時，對壓力機的優(yōu)化方法進行探索，實現真正意義上的設計[7]。 目前國內外大多數使用的壓力機一般都采用不可調速的交流異步電動機進行驅動，這種驅動方式需要一整套的轉換機構將旋轉運動轉換成所需要的直線往返運動，同時為了減小電動機的功率，還在傳動系統(tǒng)中設置了飛輪，這種傳動系統(tǒng)成本較低，但是體積笨重，變速難度大 [8]。 國外對于壓力機的機身也有大量的研究，德國的 立了機械壓力機的三種不同復雜程度的工程模 型，并通過實驗進行驗證模型的參數，從而對壓力機進行計算機仿真和動態(tài)設計。丹麥的 計了一種壓力機實驗來確定了壓力機的六個剛度，從而為壓力機的設計提供了有益的幫助 [9]。 日本作為世界上資源最稀缺并且消耗最大的國家之一，他們的工程技術人員對節(jié)能技術的研究一直處于世界先進水平。作為日本非常有影響力的企業(yè)，口本第一電氣株式會社從 20 世紀 80 年代末就開始對直驅式電液伺服系統(tǒng)進行研究，取得了一系列的研究成果，己經在開始在工程設備中使用 [10]。 目前世界鍛壓 設備的發(fā)展趨勢是 :集機械、電子、液壓、氣動及檢測等方面的最新技術于一體，自動化程度高、換?？焖佟⒐ぷ骺煽?、噪聲低、防護完善、精度高。近年來又發(fā)展了數控系統(tǒng)，能和電子機算機、工業(yè)機器人、自動換模系統(tǒng)及自動倉儲等相結合，構成多種系列的柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)，并向現代集成制造系統(tǒng)方向發(fā)展 [11]。 限元的應用 限元 簡介 有限元法 (稱 生于 20 世紀 40 年代。此前，工程中解微分方程的數值方法主要是差分法。由于航空工業(yè)發(fā)展的需要，對飛機的 結構要進行精細的設計與計算，以減輕質量、提高強度等，這就推動了結構力學的發(fā)展，出現了矩陣力學分析方法。 1960 年 )在分析彈性力學問題時首次提出有限元方法的名稱。馮康等 (1964 年 )也提出了類似的有限元方法及變分原理。此后，有很多的工程師在土木工程、機械工程等各個領域嘗試采用有限元方法分析彈性力學問題、流體力學問題、傳熱問題等，推動了有限方法的蓬勃發(fā)展。 1967 年， 早出版了有限元分析的專著。 1972 年， 版了非線性連續(xù)體的有限元 專著。有限元方法的出現，不但使過去想分析而無法分析的問題得到很好的解決，也使各類問題計算結果的精度大大提高，同時引發(fā)了計算數學的革命，帶動了其他學科的發(fā)展。據估計，目前國際上，有 90%以上的機械類產品、土木工程結構要采用有限元分析方法進行分析 ， 有 70%的科技文獻中會采用有限元作為分析工具 [12]。 李明典等用有限元法分析了錘桿在對中和偏心載荷作用下應力沿錘桿的分布，探討了不同偏心、加速度和材質對錘桿動應力分布的影響，為錘桿的改進設計提供有用的理論依據 [13]。土俊領通過對軋機機架的有限元分析，找出了危險點的 位置，確定了極限安全系數 [14]。土蘇安等針對某廠 25 噸曲柄連桿式吃剪機機架使用中存在的問題，采用件對吃剪機機架進行了有限元分析和強度研究，得出了吃剪機機架的應力、 應變分布，找出了薄弱環(huán)節(jié)，并應用電阻應變儀在現場作了多點測試，其理論值和實際測試值吻合較好。并對吃剪機架提出了改進措施，對改進后的機架又進行了有限元分析。實踐證明通過改進的曲柄連桿式吃剪機架其性能比以前更好 [15]。李陪武等以 雙盤摩擦壓力機為例，較為全面地分析了中心載荷、扭轉載荷和偏心載荷對機身強度和剛度的影響，提出 了允許偏載域的概念及一些解決問題的方法與設計準則 [16]。史寶軍、管延錦等對壓力機的強度和剛度進行了研究，并結合機身的結構特點，分別采用了許多措施，使機身的結構更合理 [17][18]。史寶軍等主要對 開式壓力機機身進行有限元分析和結構優(yōu)選，取得了既減輕重量又提高強度、剛度的顯著效果。這說明鍛壓機械的有限元分析已從原來的應力和變形分析走向結構的靜態(tài)優(yōu)化 [19]。 件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上計算機輔助工程行業(yè)中最大公司之一 司開發(fā) [20]。 限元的發(fā)展與現狀 有限元的的核心思想是結構的離散化，就是將實際結構假象的離散為有限數目的規(guī)則單元組合體。實際結構的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程進度的近似結果來替代對實際結構的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復雜問題。有限元的概念早在 40年代就被人提出，但是由于當時計算機尚未出現而沒有被重視。直到 60年代有限元法才發(fā)展起來，是計算機的產物。美國克勞夫教授運用三角形單元對飛機結構進行了計算，并在 1960年首次提出了 “ 有限單元法 ” 這一名 稱 [21]。我國的馮康教授在 1956年中發(fā)表的論文中也提到了有限單元法。自從 1965 年“ 有限元 ” 這個名詞第一次出現，到今天有限元方法在工程上得到廣泛應用，已經經歷了四十年的發(fā)展歷史，理論和算法都已經日趨完善。近年來隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經成為解決復雜的工程分析計算問題的有效途徑，現在從汽車到航天飛機幾乎所有的設計制造都已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能 源、科學研究等各個領域的廣泛使用已使設計水平發(fā)生了質的飛躍。 隨著電子計算機速度、容量的提高 ,商品化有限元程序越來越廣泛地被人們所接受 ,人們不必再在編寫程序上花費大量的精力。不僅如此 ， 商品化有限元程序的發(fā)展 ,還使 用戶能夠擺脫手工網格劃分、逐點輸入結點坐標和單元聯接信息 。 而且通過屏幕菜單方式得到了良好的人機對話環(huán)境和在計算結果分析上鮮明的視覺效果。目前的商品化有限元程序一般分為 3個部分 ， 即前處理部分、處理部分和后處理部分。它們通過互交式計算機圖形集中到 22]。 通過對壓力機機身進行有限元 分析后，對強度、剛度相對薄弱的局部結構進行改進[23]。 隨著計算機與有限元軟件的發(fā)展，用有限元法對零部件進行受力分析校核逐漸取代了原有的經典材料力學的危險截面計算法。通過測試證明，有限元法計算結果誤差更小，能夠為設計人員提供更為可靠的參考依據。近兩年來，采用有限元分析法對機床在設計開發(fā)階段的關鍵零部件進行及時分析校核，為零部件的反復優(yōu)化改型設計提供了重要參考依據，使機床在生產加工前，其零部件強度和剛度己經有了較好的控制，極大減少了返工率 [24]。 有限元方法的一些發(fā)展趨勢： 件的無縫集成 25]。 參考文獻 [1] 雷小寶 D]2] 梁建軍 D]3] 董建興 D]4] 張新國，韓杰，孫林，馮濤 ]州捷邁鍛壓機械有限公司， 2012 [5] 張祖芳 D]6] 沈文軒 D]7] 周平 D]8] 吳凡 D]9] 任翠鋒 D]10] 王漢杰 D]11] 于曉紅 J]：揚州捷邁鍛壓機械有限公司， 2011 [12] 丁科，陳月順 M]北京大學出版社， 2006. 1 [13] 李明典 J]1986 (2) : 1514] 土俊領 J]1996 (3) : 3515] 土蘇安 J]1999 (2) :1116] 李陪武，謝春雷 I)(R] [17] 史寶軍，鹿曉陽，藍靜等 與分析 [J]):3418] 管延錦 D]:[碩士論文 ]山東工業(yè)大學機械系， 1994 [19] 史寶軍，豐向軍 J]993 (2) 720] 余聯慶，梅順齊，杜利珍，饒成 J]21] ]1989 [22] 張晉紅，吳風林 D]原理工大學機械工程學院， 2003 [23] 張祖芳，仲太生，許超 D]南大學， 2003 [24] 何彥忠，林雅杰 J]蘇揚力集團精密機床研究所， 2013 [25] 蔣晨 D]南大學， 2005 畢業(yè)設計（論文）開題報告 2、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 題的 來源 本課題來源于揚州捷邁鍛壓機械有限公司。 整 壓力機為國內首創(chuàng)半開、半閉式壓力機， 整 壓力機是該公司根據市場需求而開發(fā)研制的產品 ,專門用于鍛壓汽車零部件而生產的， 適于薄板的沖載、成形、彎曲、校正、拉深和整形等各種冷沖壓工藝。 要求我們運用有限元分析技術，對 整 壓力機進行結構分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機產品的性能，質量和壽命，降低產品成本提供科學計算分析的依據，增強其產品在市場的競爭力。 究的問題 運用有限元分析軟件 整壓力機 進行有結構靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結構優(yōu)化設計。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機機身部件的強度和剛度，并且根據分析的結果進行結構優(yōu)化設計以達到降低生產成本，提高經濟效益。模態(tài)分析可以求出機身振動的固有頻率以及相應的振型，分析各種振型對壓力機工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機現有結構的力學特性以及進而改善其結構有重要的意義，為壓力機的設計提供了理論和現實依據。主要內容有： (1)收集相關資料，查閱中外文獻、請教老師和同學討論。 學習有限元分析軟件，有限元建模、邊界條件的確定、載荷模擬及結構應 力應變場的分析及優(yōu)化設計等現代設計方法。 (2)整壓力機機身進行三維實體建模； (3)整壓力機工作性質和工作狀態(tài)；對其進行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案 (4)行有限元結構靜態(tài)分析，求出機身的應力和應變分布規(guī)律，評價載荷對壓力機工作性能的影響； (5)應力集中危險區(qū)域采取措施改善應力狀況；在低應力區(qū)域，改變相關尺寸變量，以達到減輕部件總體質量的目的。重新進行有限元分析，檢驗改變尺寸 后的剛度和強度。重復進行以上步驟，直到獲取最佳方案。 究的手段 (1)件和 件； (2)畫出 壓力機的三維模型； (3)件； (4)身材料是 度 ρ=7800 ㎏ / (5)循 ―均勻應力區(qū)粗劃，應力梯度大的區(qū)域細劃 ‖的原則； (6)添加約束條件； (7)備在工作時承受兩個相反方向的載荷，機身所受載荷簡化為對機身的兩個方向的均布載 荷； (8) (9) (10)價載荷對壓力機工作性能的影響，從而選擇合適的機身尺寸和材料厚度，盡量減輕機身的重量； (11)到機身結構的固有頻率以及相應的振型等動態(tài)參數，分析其對工作的狀況的影響； (12)善應力狀況和改變相關尺寸變量，以減輕總體質量，然后進行有限元分析，檢驗剛度和強度，依次重復以上步驟，直至取得最佳方案。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 指導教師意見 ： 1、對 ―文獻綜述 ‖的評語： 2、對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果 的預測： 指導老師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 學號 指導教師 選題情況 課題名稱 整壓力機 機身 結構有限元分析及改進設計 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工 作 量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化 的要求 任務書 有 √ 無 開題報告 有 √ 無 外文翻譯質量 優(yōu) 良 √ 中 差 學習態(tài)度 出勤情況 好 √ 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 √ 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責人 年 月 日 I 摘 要 有限元分析和結 構優(yōu)化等 術的應用，對于降低制造成本，提高經濟效益具有重要的意義。本文以 整壓力機機身作為研究對象， 運用有限元分析軟件 整壓力機進行有結構靜態(tài)分析、結構優(yōu)化設計以主要內容有： （ 1） 分析了解 整壓力機工作狀態(tài)和性能。 （ 2） 對機身結構進行三維實體建模。 （ 3） 分析曲軸的受力情況和強度校核，對其進行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案。 （ 4） 劃分網格，進行有限元結構靜態(tài)分析，求出機身應力分布規(guī)律和載荷對其工作性能的影響，并對機身進行優(yōu)化設計。 （ 5） 對壓力機進 行自由模態(tài)和約束模態(tài)分析，求解其固有頻率以及相應的振型等動態(tài)參數，分析其對工作狀況的影響 。最后對論文的研究內容進行了總結和展望。 關鍵詞 ：壓力機，有限元分析，靜態(tài)分析，優(yōu)化設計，模態(tài)分析 he as to is of on S - 500 as S - 500 a to (1) S – 500 is (2) d (3) of on (4) on (5) to as of on is 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................ I ................................................................................................................ 錄 ...................................................................................................................... I 第一章 緒論 .......................................................................................................................... 1 力機的概述 ................................................................................................................ 1 內外壓力機的發(fā)展 .................................................................................................... 1 題來源 ........................................................................................................................ 3 課題研究的目的及意義 ............................................................................................ 3 課題的研究內容 ........................................................................................................ 3 章小結 ........................................................................................................................ 4 第二章 有限元方法及 件簡介 ..................................................................... 5 限元方法簡介 ............................................................................................................ 5 限元的發(fā)展與現狀 .................................................................................................... 6 態(tài)功能介紹 ................................................................................................... 7 限元分析軟件 介 ................................................................ 7 章小結 ........................................................................................................................ 8 第三章 壓力機機身靜態(tài)分析 ........................................................................................... 9 身靜力學分析過程簡要流程 .................................................................................... 9 維實體建模 ..........................................................................................................