本文關(guān)鍵詞：樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身結(jié)構(gòu)強(qiáng)化及其優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：樹脂礦物復(fù)合材料(Resin Mineral Composite)俗稱人造石,是以有機(jī)樹脂粘合天然花崗石顆粒制備的新型復(fù)合材料。相比于傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件材料而言,樹脂礦物復(fù)合材料具有其特有的優(yōu)勢(shì),除較高的復(fù)雜外型成型能力外,其優(yōu)越的阻尼減振性能、良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性也逐漸受到設(shè)計(jì)人員青睞。以上諸多優(yōu)良特征使其非常適于制造精密設(shè)備基礎(chǔ)部件,如高速和精密加工機(jī)床的床身、醫(yī)療設(shè)備以及光學(xué)設(shè)備的底座等。本文通過(guò)有限元仿真,探究樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身的靜、動(dòng)態(tài)性能及其優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)初始設(shè)計(jì)的鑄鐵床身進(jìn)行受力分析,綜合考慮工件與其他各部件的重力以及機(jī)床在加工過(guò)程中的切削力的作用,計(jì)算床身各受載表面的載荷分布可知,主軸箱以及機(jī)床尾座的安裝表面受到均布載荷的作用,而床身兩條導(dǎo)軌的上表面和側(cè)面受到漸變載荷的作用。選定材料配方制作標(biāo)準(zhǔn)樣塊,測(cè)得材料相關(guān)性能參數(shù),以備有限元仿真使用。利用ANSYS Workbench對(duì)初始設(shè)計(jì)的鑄鐵床身和演化設(shè)計(jì)而來(lái)的的樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)構(gòu)仿真。結(jié)果表明,在同樣的載荷與邊界條件下,實(shí)心結(jié)構(gòu)的樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身靜力學(xué)性能優(yōu)于鑄鐵床身,表現(xiàn)為較小的變形以及應(yīng)力水平。由模態(tài)分析結(jié)果可知,演化設(shè)計(jì)而來(lái)的樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身前六階模態(tài)對(duì)應(yīng)的固有頻率較初始設(shè)計(jì)的鑄鐵床身有較高的提升,說(shuō)明采用當(dāng)前床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,樹脂礦物復(fù)合材料的靜力學(xué)性能能夠滿足精密車床對(duì)床身材料的要求。通過(guò)形狀優(yōu)化模塊對(duì)初始設(shè)計(jì)的樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身進(jìn)行基于應(yīng)力分布的形狀優(yōu)化,參照優(yōu)化結(jié)果給出的結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議改進(jìn)床身內(nèi)部結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身在保證靜力學(xué)性能的前提下床身總質(zhì)量減少18%,節(jié)約生產(chǎn)成本。利用SCDM對(duì)改進(jìn)后的床身進(jìn)行尺寸的參數(shù)化管理,并以床身質(zhì)量最小、變形最小、應(yīng)力最小為目標(biāo)對(duì)多個(gè)床身尺寸進(jìn)行多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化,獲得優(yōu)化目標(biāo)對(duì)各尺寸的敏感程度以及床身最佳尺寸組合。對(duì)優(yōu)化后的床身進(jìn)行諧響應(yīng)分析,獲得床身對(duì)各方向不同頻率周期載荷的響應(yīng)。相比于初始設(shè)計(jì)的鑄鐵床身,演化設(shè)計(jì)的樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身具有更加優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能,表現(xiàn)為床身對(duì)各頻率周期載荷具有較低的敏感性。同時(shí),諧響應(yīng)分析結(jié)果可用于避免共振對(duì)床身造成結(jié)構(gòu)損傷。本文對(duì)樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身進(jìn)行靜、動(dòng)力學(xué)仿真,并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)化和優(yōu)化設(shè)計(jì),為以后進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)以及實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：樹脂礦物復(fù)合材料 有限元分析 床身結(jié)構(gòu)強(qiáng)化 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG51;TB33
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 樹脂礦物復(fù)合材料簡(jiǎn)介13-20
• 1.1.1 樹脂系統(tǒng)14-16
• 1.1.2 增強(qiáng)纖維16-17
• 1.1.3 骨料系統(tǒng)17-18
• 1.1.4 樹脂礦物復(fù)合材料優(yōu)缺點(diǎn)18-20
• 1.2 應(yīng)用需求20-21
• 1.3 有限元理論概述21-22
• 1.3.1 有限元法的基本思想21-22
• 1.3.2 有限元法的求解步驟22
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-24
• 1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容和研究意義24-27
• 1.5.1 課題來(lái)源及其研究?jī)?nèi)容24
• 1.5.2 本課題研究意義24-27
• 第2章 有限元仿真參數(shù)獲取27-41
• 2.1 材料參數(shù)獲取27-31
• 2.1.1 樣塊制備27-28
• 2.1.2 材料密度28-29
• 2.1.3 彈性模量29-30
• 2.1.4 泊松比30-31
• 2.2 床身載荷分析31-39
• 2.2.1 主軸-工件-尾座支反力計(jì)算31-33
• 2.2.2 主軸箱處受力計(jì)算33-35
• 2.2.3 尾座部分受力分析35-37
• 2.2.4 床身導(dǎo)軌受力分析37-39
• 2.3 本章小結(jié)39-41
• 第3章 床身靜力學(xué)分析與模態(tài)分析41-53
• 3.1 有限元分析軟件ANSYS Workbench41-44
• 3.1.1 前處理41-43
• 3.1.2 求解43
• 3.1.3 后處理43-44
• 3.2 床身有限元分析44-51
• 3.2.1 鑄鐵床身與樹脂礦物復(fù)合材料精密機(jī)床床身仿真條件44-45
• 3.2.2 靜力學(xué)仿真結(jié)果45-47
• 3.2.3 模態(tài)仿真結(jié)果對(duì)比47-51
• 3.3 本章小結(jié)51-53
• 第4章 樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身結(jié)構(gòu)強(qiáng)化及優(yōu)化設(shè)計(jì)53-67
• 4.1 床身形狀優(yōu)化53-54
• 4.2 床身結(jié)構(gòu)改進(jìn)54-58
• 4.2.1 改進(jìn)后樹脂礦物復(fù)合材料床身靜力學(xué)分析結(jié)果55-56
• 4.2.2 改進(jìn)后樹脂礦物復(fù)合材料床身模態(tài)分析結(jié)果56-57
• 4.2.3 改進(jìn)后樹脂礦物復(fù)合材料床身仿真結(jié)果分析57-58
• 4.3 多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化58-62
• 4.3.1 確定變量58-59
• 4.3.2 建立數(shù)學(xué)模型59-60
• 4.3.3 優(yōu)化結(jié)果60-62
• 4.4 諧響應(yīng)分析62-66
• 4.4.1 諧響應(yīng)分析原理62-63
• 4.4.2 諧響應(yīng)分析結(jié)果63-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 致謝75-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77-78
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯辯情況表78

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