本文關(guān)鍵詞：龍門導(dǎo)軌磨床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：機(jī)床制造業(yè)是中國工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)和心臟,特別像龍門導(dǎo)軌磨床這樣的重大技術(shù)裝備,更是一個(gè)國家綜合國力的具體體現(xiàn),在國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。近年來,隨著國防、航空、高鐵、汽車和模具等重要裝備制造行業(yè)需求量的大幅增長,對(duì)磨床的精密度,可靠性及穩(wěn)定性要求越來越高。高檔龍門導(dǎo)軌磨床更是航空航天、汽車、船舶和發(fā)電設(shè)備制造等領(lǐng)域的必需,是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的必備。長期以來,國內(nèi)磨床產(chǎn)業(yè)深陷于“低端混戰(zhàn),高端失守”的局面,主要原因是缺乏整體設(shè)計(jì)和研發(fā)能力,僅僅停留在仿制階段,沒有建立一套完整的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論,并借助先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。由于這些加工設(shè)備和技術(shù)國外對(duì)我國實(shí)行禁運(yùn),所以,,研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端磨床設(shè)備十分必要和緊迫。課題來源是長春工業(yè)大學(xué)與長春第一機(jī)床廠校企合作項(xiàng)目,在論文的撰寫過程中,主要進(jìn)行了以下工作。1.對(duì)機(jī)床領(lǐng)域的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,對(duì)比了國內(nèi)外龍門導(dǎo)軌磨床的研究發(fā)展,找出我國龍門導(dǎo)軌磨床在研發(fā)和設(shè)計(jì)上的短板。2.本文分析的重點(diǎn)一龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用有限元技術(shù)對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)特性分析,提出了以工作臺(tái)質(zhì)量最小,一階固有頻率最大為目標(biāo),以最大變形量為約束條件的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。通過中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)選取合適的結(jié)構(gòu)有限元實(shí)驗(yàn)分析點(diǎn),借助Ansys workbench有限元軟件對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)處的工作臺(tái)質(zhì)量,一階固有頻率,最大變形量進(jìn)行分析計(jì)算。根據(jù)響應(yīng)值建立輸入?yún)?shù)和輸出響應(yīng)關(guān)系的二次響應(yīng)面模型,并采用克里格插值方法對(duì)響應(yīng)面進(jìn)行插值重構(gòu)。利用哈默斯利抽樣方法,均勻抽取設(shè)計(jì)空間中的樣本點(diǎn),對(duì)樣本點(diǎn)權(quán)衡排序,獲得比較優(yōu)良的初始種群。運(yùn)用NSGA-Ⅱ算法,對(duì)龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)的質(zhì)量和一階固有頻率進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得Pareto(帕累托)優(yōu)化解集。在保證工作臺(tái)最大變形量不大于初始值的前提下,質(zhì)量降低了4.32%,一階固有頻率增加了41.08%。通過對(duì)比優(yōu)化前后工作臺(tái)的動(dòng)靜態(tài)特性可知,實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)的目的。3.對(duì)龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)受熱時(shí)候的變形及應(yīng)力分布情況進(jìn)行了分析,通過熱固耦合分析發(fā)現(xiàn)熱量梯度的變化對(duì)工作臺(tái)的影響非常的大,針對(duì)該情況總結(jié)了目前國內(nèi)外減小熱應(yīng)變的幾點(diǎn)措施。長春第一機(jī)床廠將上述研究成果應(yīng)用在MM52160龍門導(dǎo)軌磨床的設(shè)計(jì)上,得到了良好的動(dòng)靜態(tài)性能。
【關(guān)鍵詞】：龍門導(dǎo)軌磨床 工作臺(tái) 動(dòng)靜態(tài)特性分析 有限元技術(shù) 結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG580.2
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 緒論7-16
• 1.1 課題研究的背景及意義7-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法及應(yīng)用13
• 1.4 論文的研究對(duì)象及技術(shù)參數(shù)13-14
• 1.5 論文工作的流程14-15
• 1.6 本章小結(jié)15-16
• 第二章 龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)CAD/CAE模型的建立16-26
• 2.1 有限元方法的介紹16-19
• 2.1.1 有限元方法的基本理論思想16-18
• 2.1.2 有限元方法的發(fā)展及應(yīng)用18
• 2.1.3 有限元方法的分析流程18-19
• 2.2 工作臺(tái)三維模型的建立19-21
• 2.2.1 建模軟件的選擇19
• 2.2.2 Ansys workbench軟件的介紹19-20
• 2.2.3 工作臺(tái)三維模型的建立20-21
• 2.3 工作臺(tái)CAE模型的建立21-24
• 2.3.1 單元選擇21
• 2.3.2 網(wǎng)格劃分21-22
• 2.3.3 網(wǎng)格檢查22-23
• 2.3.4 模型的建立23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-26
• 第三章 龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)的動(dòng)靜態(tài)特性分析26-38
• 3.1 基于元結(jié)構(gòu)的工作臺(tái)優(yōu)化26-29
• 3.1.1 元結(jié)構(gòu)的概念26
• 3.1.2 元結(jié)構(gòu)分析26-29
• 3.2 基于元結(jié)構(gòu)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)29
• 3.3 工作臺(tái)靜力學(xué)分析29-33
• 3.3.1 Ansys Workbench靜力學(xué)分析步驟30
• 3.3.2 求解計(jì)算及應(yīng)力,應(yīng)變?cè)茍D分析30-33
• 3.4 工作臺(tái)動(dòng)力學(xué)特性分析33-36
• 3.4.1 Ansys Workbench模態(tài)分析方法介紹33-34
• 3.4.2 模態(tài)分析的過程34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-38
• 第四章 龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)多目標(biāo)優(yōu)化38-69
• 4.1 多目標(biāo)遺傳算法39-40
• 4.1.1 Shifed Hammersley序列抽樣技術(shù)39
• 4.1.2 權(quán)衡函數(shù)39-40
• 4.2 優(yōu)化參數(shù)的選擇40
• 4.3 優(yōu)化過程的實(shí)施40-61
• 4.3.1 進(jìn)行DOE分析41-45
• 4.3.2 進(jìn)行響應(yīng)面分析45-50
• 4.3.3 進(jìn)行靈敏度和相關(guān)性分析50-57
• 4.3.4 進(jìn)行優(yōu)化魯棒性,6 σ分析57-61
• 4.4 龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)優(yōu)化報(bào)告的生成61-67
• 4.4.1 龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)優(yōu)化后的權(quán)衡圖61-64
• 4.4.2 龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)優(yōu)化后的樣本圖64-67
• 4.5 優(yōu)化結(jié)果的對(duì)比分析67-68
• 4.6 本章小結(jié)68-69
• 第五章 龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)的熱固耦合分析69-74
• 5.1 熱分析基礎(chǔ)69-70
• 5.1.1 三種主要熱傳遞方式69-70
• 5.1.2 工作臺(tái)熱應(yīng)力的產(chǎn)生70
• 5.2 熱固耦合的理論基礎(chǔ)70-72
• 5.2.1 熱分析基本方程70-71
• 5.2.2 熱固耦合的有限元方法71-72
• 5.3 龍門導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)的熱固耦合分析72-73
• 5.4 降低磨床工作臺(tái)熱變形的措施73-74
• 第六章 結(jié)論74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 作者簡介80-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果81-82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：693279