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HLH-2040激光切割機(jī)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(jī)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(jī) 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(jī)已逐漸成為現(xiàn)代機(jī)械加工中重要的母機(jī)。高速化、高精度發(fā)展趨勢,對激光切割機(jī)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(jī)良好靜動態(tài)特性。橫梁作為激光切割機(jī)重要支撐部件,其動態(tài)特性決定著激光切割機(jī)性能。因此,本文主要針對激光切割機(jī)動態(tài)性能和橫梁輕量化設(shè)計進(jìn)行研究。圍繞激光切割機(jī)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)軌模態(tài)參數(shù),通過彈簧阻尼單元建立直線滾導(dǎo)軌等效模型;2.開展了ADAMS和Hyperworks剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)聯(lián)合仿真研究。首先,基于剛?cè)狁詈侠碚摷肮潭ń缑纥c(diǎn)模態(tài)綜合法,建立了激光切割機(jī)剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型:然后,完成激光切割機(jī)加速度測試,并通過加速度-頻域法分析激光切割機(jī)主要頻率成分;最后,通過動力學(xué)仿真分析了激光切割機(jī)運(yùn)動精度及橫梁彈性變形對運(yùn)動軌跡影響;3.開展了激光切割機(jī)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(jī)精確有限元模型。以模態(tài)分析和頻率響應(yīng)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(jī)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(yùn)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(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化模型。然后,基于拓?fù)鋬?yōu)化進(jìn)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(jī)靜動態(tài)特性,取得良好優(yōu)化效果。
【關(guān)鍵詞】:激光切割機(jī) 動態(tài)特性 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 剛?cè)狁詈?/strong> 有限元分析
【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】:TG485
【目錄】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-10
  • 主要符號及下標(biāo)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(jī)概述12-15
  • 1.2.1 激光切割機(jī)介紹12-14
  • 1.2.2 數(shù)控激光切割機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢14-15
  • 1.3 國內(nèi)外機(jī)床結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展15-17
  • 1.3.1 機(jī)床動態(tài)特性研究現(xiàn)狀16
  • 1.3.2 機(jī)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(dǎo)軌靜動剛度建模研究19-37
  • 2.1 引言19-20
  • 2.2 直線滾動導(dǎo)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(dǎo)軌Hertz接觸力計算22-23
  • 2.2.3 直線滾動導(dǎo)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(dǎo)軌靜剛度有限元仿真24-25
  • 2.4 直線滾動導(dǎo)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(yù)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(dǎo)軌模態(tài)參數(shù)識別30-35
  • 2.5.1 直線滾動導(dǎo)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(dǎo)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(jī)剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)仿真37-54
  • 3.1 引言37
  • 3.2 剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)理論基礎(chǔ)37-39
  • 3.2.1 機(jī)械系統(tǒng)剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型37-38
  • 3.2.2 固定界面點(diǎn)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(dǎo)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(jī)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(jī)剛體動力學(xué)模型47-49
  • 3.5.2 考慮橫梁柔性的激光切割機(jī)剛?cè)狁詈夏P?/span>49-50
  • 3.5.3 橫梁柔性對運(yùn)動精度影響分析50-51
  • 3.5.4 慣性對運(yùn)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(jī)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(yīng)分析55-56
  • 4.2.3 模態(tài)試驗理論56
  • 4.3 激光切割機(jī)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?zāi)B(tài)與計算模態(tài)對比分析60-62
  • 4.5 激光切割機(jī)橫梁頻率響應(yīng)分析62-65
  • 4.6 激光切割機(jī)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(xué)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(jī)橫梁輕量化設(shè)計73-88
  • 5.1 引言73
  • 5.2 拓?fù)鋬?yōu)化理論基礎(chǔ)73-75
  • 5.3 激光切割機(jī)橫梁拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計75-79
  • 5.3.1 激光切割機(jī)橫梁簡介75
  • 5.3.2 激光切割機(jī)橫梁拓?fù)鋬?yōu)化模型建立75-76
  • 5.3.3 激光切割機(jī)橫梁拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)定義和設(shè)置76-78
  • 5.3.4 激光切割機(jī)橫梁拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果分析78-79
  • 5.4 基于板殼單元橫梁拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計79-81
  • 5.4.1 基于板殼單元橫梁拓?fù)淠P徒?/span>79-80
  • 5.4.2 基于板殼單元橫梁拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果分析80-81
  • 5.5 激光切割機(jī)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(jī)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(xiàn)93-98
  • 附錄A 直線滾動導(dǎo)軌垂直剛度部分求解程序98-99
  • 附錄B 直線滾動導(dǎo)軌的實(shí)頻與虛頻曲線圖99-101
  • 附錄C 激光切割機(jī)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(yīng)對比圖103

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本文編號:781152


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