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HLH-2040激光切割機結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計

發(fā)布時間:2017-09-02 22:10

  本文關(guān)鍵詞:HLH-2040激光切割機結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計


  更多相關(guān)文章: 激光切割機 動態(tài)特性 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 剛?cè)狁詈?/b> 有限元分析


【摘要】:激光切割機已逐漸成為現(xiàn)代機械加工中重要的母機。高速化、高精度發(fā)展趨勢,對激光切割機本身結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求,以保證激光切割機良好靜動態(tài)特性。橫梁作為激光切割機重要支撐部件,其動態(tài)特性決定著激光切割機性能。因此,本文主要針對激光切割機動態(tài)性能和橫梁輕量化設(shè)計進行研究。圍繞激光切割機動態(tài)性能和橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主題,本文開展以下幾個方面的研究:1.開展了直線滾動導軌靜動剛度建模研究。首先,基于Hertz接觸理論,考慮垂直載荷、變化接觸角等影響因素,建立了直線滾動導軌垂直靜剛度理論模型。在此基礎(chǔ)上研究了垂直剛度影響因素及其變化規(guī)律,并通過有限元模型仿真驗證垂直靜剛度模型合理性;然后,基于分量分析法,識別了直線滾動導軌模態(tài)參數(shù),通過彈簧阻尼單元建立直線滾導軌等效模型;2.開展了ADAMS和Hyperworks剛?cè)狁詈隙囿w動力學聯(lián)合仿真研究。首先,基于剛?cè)狁詈侠碚摷肮潭ń缑纥c模態(tài)綜合法,建立了激光切割機剛?cè)狁詈蟿恿W模型:然后,完成激光切割機加速度測試,并通過加速度-頻域法分析激光切割機主要頻率成分;最后,通過動力學仿真分析了激光切割機運動精度及橫梁彈性變形對運動軌跡影響;3.開展了激光切割機動態(tài)特性及其影響因素分析。采用模態(tài)試驗和有限元結(jié)合方法,建立了激光切割機精確有限元模型。以模態(tài)分析和頻率響應分析為依據(jù)找到了影響最大幾階模態(tài)和振型。研究了動態(tài)特性影響因素及其變化規(guī)律,找到了激光切割機薄弱環(huán)節(jié),為后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù);4.開展了橫梁輕量化設(shè)計研究。首先,運用Optistruct優(yōu)化模塊,采用變密度法,建立了以影響最大的幾階固有頻率和柔度組合為優(yōu)化目標拓撲優(yōu)化模型。然后,基于拓撲優(yōu)化進行了橫梁構(gòu)型設(shè)計和尺寸設(shè)計,最終獲得橫梁結(jié)構(gòu)方案。分析結(jié)果表明,新方案與原方案相比,不僅減輕質(zhì)量,還提高了激光切割機靜動態(tài)特性,取得良好優(yōu)化效果。
【關(guān)鍵詞】:激光切割機 動態(tài)特性 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 剛?cè)狁詈?/strong> 有限元分析
【學位授予單位】:東南大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2015
【分類號】:TG485
【目錄】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-10
  • 主要符號及下標說明10-12
  • 第一章 緒論12-19
  • 1.1 課題研究背景及意義12
  • 1.2 激光切割機概述12-15
  • 1.2.1 激光切割機介紹12-14
  • 1.2.2 數(shù)控激光切割機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢14-15
  • 1.3 國內(nèi)外機床結(jié)構(gòu)研究進展15-17
  • 1.3.1 機床動態(tài)特性研究現(xiàn)狀16
  • 1.3.2 機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究現(xiàn)狀16-17
  • 1.4 課題主要內(nèi)容17-19
  • 第二章 直線滾動導軌靜動剛度建模研究19-37
  • 2.1 引言19-20
  • 2.2 直線滾動導軌靜剛度理論建模20-24
  • 2.2.1 接觸角計算20-22
  • 2.2.2 直線導軌Hertz接觸力計算22-23
  • 2.2.3 直線滾動導軌垂直載荷下受力分析23-24
  • 2.2.4 垂直剛度計算流程24
  • 2.3 直線滾動導軌靜剛度有限元仿真24-25
  • 2.4 直線滾動導軌靜剛度結(jié)果與討論25-30
  • 2.4.1 理論模型驗證25-28
  • 2.4.2 垂直載荷及預緊對垂直剛度影響28-29
  • 2.4.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對垂直剛度影響29-30
  • 2.5 直線滾動導軌模態(tài)參數(shù)識別30-35
  • 2.5.1 直線滾動導軌參數(shù)識別試驗設(shè)計30-31
  • 2.5.2 參數(shù)識別數(shù)據(jù)處理31-34
  • 2.5.3 直線滾動導軌有限元等效模型34-35
  • 2.6 本章小結(jié)35-37
  • 第三章 基于ADAMS的激光切割機剛?cè)狁詈蟿恿W仿真37-54
  • 3.1 引言37
  • 3.2 剛?cè)狁詈蟿恿W理論基礎(chǔ)37-39
  • 3.2.1 機械系統(tǒng)剛?cè)狁詈蟿恿W模型37-38
  • 3.2.2 固定界面點模態(tài)綜合法(Craig-Bampton)38-39
  • 3.3 剛?cè)狁詈戏抡婺P徒?/span>39-45
  • 3.3.1 模型簡化40
  • 3.3.2 約束建立40-41
  • 3.3.3 接觸定義41-43
  • 3.3.4 導軌結(jié)合部建模43
  • 3.3.5 橫梁柔性體建模43-45
  • 3.4 激光切割機加速度測試45-47
  • 3.4.1 試驗方案45-46
  • 3.4.2 試驗數(shù)據(jù)分析46-47
  • 3.5 仿真結(jié)果分析47-52
  • 3.5.1 激光切割機剛體動力學模型47-49
  • 3.5.2 考慮橫梁柔性的激光切割機剛?cè)狁詈夏P?/span>49-50
  • 3.5.3 橫梁柔性對運動精度影響分析50-51
  • 3.5.4 慣性對運動精度影響分析51-52
  • 3.6 本章小結(jié)52-54
  • 第四章 HLH-2040激光切割機動態(tài)特性及影響因素分析54-73
  • 4.1 引言54
  • 4.2 結(jié)構(gòu)動態(tài)分析理論基礎(chǔ)54-56
  • 4.2.1 模態(tài)分析理論54-55
  • 4.2.2 模態(tài)頻率響應分析55-56
  • 4.2.3 模態(tài)試驗理論56
  • 4.3 激光切割機模態(tài)測試56-58
  • 4.4 有限元模型建立與驗證58-62
  • 4.4.1 有限元模型建立58-59
  • 4.4.2 計算模態(tài)結(jié)果分析59-60
  • 4.4.3 試驗模態(tài)與計算模態(tài)對比分析60-62
  • 4.5 激光切割機橫梁頻率響應分析62-65
  • 4.6 激光切割機動態(tài)特性影響因素分析65-71
  • 4.6.1 位置變化對動態(tài)特性影響分析65-68
  • 4.6.2 材料力學屬性對動態(tài)特性影響分析68-70
  • 4.6.3 結(jié)合部剛度對動態(tài)特性影響分析70-71
  • 4.7 本章小結(jié)71-73
  • 第五章 HLH-2040激光切割機橫梁輕量化設(shè)計73-88
  • 5.1 引言73
  • 5.2 拓撲優(yōu)化理論基礎(chǔ)73-75
  • 5.3 激光切割機橫梁拓撲優(yōu)化設(shè)計75-79
  • 5.3.1 激光切割機橫梁簡介75
  • 5.3.2 激光切割機橫梁拓撲優(yōu)化模型建立75-76
  • 5.3.3 激光切割機橫梁拓撲優(yōu)化參數(shù)定義和設(shè)置76-78
  • 5.3.4 激光切割機橫梁拓撲優(yōu)化結(jié)果分析78-79
  • 5.4 基于板殼單元橫梁拓撲優(yōu)化設(shè)計79-81
  • 5.4.1 基于板殼單元橫梁拓撲模型建立79-80
  • 5.4.2 基于板殼單元橫梁拓撲優(yōu)化結(jié)果分析80-81
  • 5.5 激光切割機橫梁尺寸優(yōu)化設(shè)計81-84
  • 5.5.1 橫梁尺寸優(yōu)化模型建立81
  • 5.5.2 SQP算法介紹81-82
  • 5.5.3 橫梁尺寸優(yōu)化設(shè)計變量定義82-83
  • 5.5.4 尺寸優(yōu)化結(jié)果83-84
  • 5.6 激光切割機優(yōu)化前后性能對比84-87
  • 5.7 本章小結(jié)87-88
  • 第六章 總結(jié)與展望88-91
  • 6.1 工作總結(jié)88-89
  • 6.2 研究展望89-91
  • 致謝91-93
  • 參考文獻93-98
  • 附錄A 直線滾動導軌垂直剛度部分求解程序98-99
  • 附錄B 直線滾動導軌的實頻與虛頻曲線圖99-101
  • 附錄C 激光切割機橫梁優(yōu)化前后振型對比圖101-103
  • 附錄D 優(yōu)化前后橫梁和鏡座動態(tài)響應對比圖103

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