本文關(guān)鍵詞：數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床橫梁動力學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 橫梁 多目標(biāo)優(yōu)化 拓撲優(yōu)化 網(wǎng)格變形技術(shù) 代理模型 輕量化

【摘要】：數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床是一種加工多孔薄板的沖裁設(shè)備,橫梁是數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的送料機構(gòu),其動態(tài)響應(yīng)性能直接關(guān)系到送料的準確性,同時出影響板材的加工精度和送料速度,為了提高數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床橫梁動態(tài)響應(yīng)能力,降低制造成本,需要對現(xiàn)有橫梁進行優(yōu)化設(shè)計。本文以數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床橫梁結(jié)構(gòu)為研究對象,以有限元理論為基礎(chǔ),以HyperWorks軟件為工具,對橫梁進行了靜動態(tài)特性分析與優(yōu)化設(shè)計,以下是本論文的主要工作及成果：(1)利用SolidWorks簡化了三維CAD模型,基于單自由度分量分析法,對直線滾動導(dǎo)軌進行了參數(shù)識別,最終建立了包含導(dǎo)軌結(jié)合面的橫梁有限元模型,并與實驗結(jié)果進行了對比,固有頻率最大誤差為6.8%,模態(tài)振型基本一致,驗證了有限元模型的正確性。(2)對X軸溜板位于五個不同位置時的靜動態(tài)特性進行了計算與分析,綜合模態(tài)與靜力學(xué)分析結(jié)果：當(dāng)X軸溜板位于位置一時,橫梁的固有頻率最低；靜剛度較低；且在最大加速度1.2g時,橫梁抵抗變形的能力也較差。故選定位置一進行后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計。(3)本文提出了一種新的橫梁結(jié)構(gòu)多目標(biāo)拓撲優(yōu)化設(shè)計方法,避免了傳統(tǒng)的單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法無法同時考慮多個目標(biāo)的問題。并根據(jù)拓撲優(yōu)化結(jié)果對橫梁進行結(jié)構(gòu)改進設(shè)計,結(jié)果表明,在橫梁質(zhì)量基本保持不變的情況下,橫梁靜剛度提高了17.8%,一階固有頻率增加了4.9%,優(yōu)化效果顯著。(4)將網(wǎng)格變形技術(shù)應(yīng)用到橫梁結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化設(shè)計中,建立了以結(jié)構(gòu)壁厚和結(jié)構(gòu)形狀同時作為設(shè)計變量的網(wǎng)格參數(shù)化有限元模型,基于拉丁超立方采樣、相對靈敏度分析和Kriging近似模型建立了橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化的代理模型以代替現(xiàn)有的有限元仿真模型,并采用遺傳算法進行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化結(jié)果表明：在保持橫梁最大變形、靜剛度以及一階模態(tài)頻率基本不變的情況下,橫梁總質(zhì)量減少了58Kg(5.9%)。
【關(guān)鍵詞】：橫梁 多目標(biāo)優(yōu)化 拓撲優(yōu)化 網(wǎng)格變形技術(shù) 代理模型 輕量化
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG385
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 課題研究背景及意義8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-11
• 1.2.1 結(jié)合面特性研究8-9
• 1.2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法研究9-11
• 1.3 研究內(nèi)容和方法11-12
• 第二章 橫梁有限元建模仿真12-39
• 2.1 有限元法基本理論及HyperWorks簡介12-15
• 2.1.1 有限元法基本思想12-13
• 2.1.2 模態(tài)分析基本理論13-14
• 2.1.3 HyperWorks軟件介紹簡介14-15
• 2.2 幾何模型建立與網(wǎng)格劃分15-17
• 2.2.1 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床工作原理15
• 2.2.2 幾何模型的建立15-16
• 2.2.3 網(wǎng)格劃分16-17
• 2.3 連接方式及邊界條件的確定17-18
• 2.4 直線導(dǎo)軌結(jié)合面建模18-24
• 2.4.1 結(jié)合面參數(shù)識別18-22
• 2.4.2 結(jié)合面有限元建模22-24
• 2.5 橫梁靜動態(tài)特性分析24-38
• 2.5.1 數(shù)值模型的驗證24-28
• 2.5.2 橫梁數(shù)值模態(tài)分析28-35
• 2.5.3 橫梁靜力學(xué)分析35-38
• 2.6 小結(jié)38-39
• 第三章 多目標(biāo)拓撲優(yōu)化設(shè)計39-46
• 3.1 拓撲優(yōu)化基本方法39-41
• 3.2 加權(quán)歐氏距離法41-42
• 3.3 多目標(biāo)拓撲優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)42-43
• 3.3.1 靜態(tài)多剛度拓撲優(yōu)化模型42
• 3.3.2 模態(tài)頻率拓撲優(yōu)化模型42
• 3.3.3 同時考慮靜動態(tài)性能的多目標(biāo)拓撲優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)42-43
• 3.4 多目標(biāo)拓撲優(yōu)化結(jié)果分析43-44
• 3.5 結(jié)構(gòu)改進設(shè)計及分析44
• 3.6 小結(jié)44-46
• 第四章 網(wǎng)格參數(shù)化建模與輕量化優(yōu)化46-59
• 4.1 基于網(wǎng)格變形技術(shù)的模型參數(shù)化46-50
• 4.1.1 HyperMesh中HyperMorph功能46-48
• 4.1.2 橫梁結(jié)構(gòu)網(wǎng)格參數(shù)化的實現(xiàn)48-50
• 4.2 靈敏度分析基本理論50-51
• 4.2.1 模態(tài)靈敏度分析理論50-51
• 4.2.2 靜態(tài)靈敏度分析理論51
• 4.3 橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)值代理模型的建立51-57
• 4.3.1 試驗設(shè)計52-53
• 4.3.2 相對靈敏度分析53-55
• 4.3.3 近似方法55-57
• 4.3.4 優(yōu)化設(shè)計57
• 4.4 小結(jié)57-59
• 第五章 總結(jié)59-61
• 5.1 全文總結(jié)59
• 5.2 研究展望59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-65

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本文編號：646531