隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)實(shí)需求的不斷變化,對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)的要求越來越高。作為大型可移動(dòng)部件的機(jī)床立柱,其靜動(dòng)態(tài)特性直接影響整機(jī)性能。但目前立柱的設(shè)計(jì)方法多為傳統(tǒng)、保守的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法,導(dǎo)致立柱結(jié)構(gòu)的不合理,材料利用率低,難以到達(dá)最佳結(jié)構(gòu)效能,從而制約了整機(jī)性能,降低了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。因此,有必要對(duì)機(jī)床立柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化。本文基于結(jié)構(gòu)仿生的設(shè)計(jì)理念,以竹子為生物原型,按照“竹子結(jié)構(gòu)分析→圓柱體仿生設(shè)計(jì)→立柱仿生設(shè)計(jì)→結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化”的研究思路,形成由圓柱體結(jié)構(gòu)到立柱新構(gòu)型兩步走的設(shè)計(jì)方案,對(duì)TK6932超重型數(shù)控落地銑鏜床立柱進(jìn)行創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化。論文主要內(nèi)容及成果如下:(1)利用Pro/Engineer建立立柱結(jié)構(gòu)的三維模型,導(dǎo)入ANSYS Workbench環(huán)境中建立其有限元模型,通過靜剛度分析和模態(tài)分析,得到立柱靜、動(dòng)態(tài)特性等結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)。(2)用實(shí)驗(yàn)的方法,結(jié)合現(xiàn)有資料數(shù)據(jù),分析竹子的宏、微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及力學(xué)特性,并根據(jù)材料力學(xué)理論,得到竹子的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與力學(xué)性能的關(guān)系;在此基礎(chǔ)上,利用相似性理論,對(duì)機(jī)床立柱與竹子進(jìn)行相似性分析,論證將竹子作為立柱仿生生物原型的合理性。(3)基于竹子的宏、微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出仿生設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,并基于此準(zhǔn)則對(duì)圓柱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì);分析立柱的可優(yōu)化空間,并結(jié)合圓柱體仿生結(jié)果,對(duì)立柱進(jìn)行進(jìn)一步的仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提出A、B兩種立柱新構(gòu)型,并通過評(píng)價(jià)與對(duì)比確定仿生立柱構(gòu)型。(4)針對(duì)可優(yōu)化仿生構(gòu)型,建立以結(jié)構(gòu)質(zhì)量最輕、靜態(tài)位移響應(yīng)最小為目標(biāo)的立柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型;基于靈敏度分析方法確定設(shè)計(jì)變量,利用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解,得到仿生立柱的最優(yōu)尺寸參數(shù)。

【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG502.1
【目錄】：

【參考文獻(xiàn)】

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