本文關鍵詞：樹脂礦物復合材料磨床床身有限元分析及結構優(yōu)化

  更多相關文章： 樹脂礦物復合材料 ANSYS Workbench 有限元分析 結構優(yōu)化 拓撲優(yōu)化

【摘要】：在機床各部件中,床身具有支撐頭架、工件、尾架、工作臺等主要零部件的重要作用,其靜、動態(tài)特性參數(shù)與機床加工精度、使用壽命等密切相關。高剛度和高阻尼性能是精密機床床身的兩個基本要求,但具有高剛度的金屬材料往往阻尼性能比較差,反之,阻尼性能好的金屬材料往往不能獲得較高的剛度。研究開發(fā)具有優(yōu)良阻尼減振性能的床身新材料已成為提高床身綜合性能的有效途徑之一。本文在前人研究工作基礎上對樹脂礦物復合材料整體澆注而成床身展開相關研究。首先對典型工況下床身進行受力分析,將床身以上部件的重力和切削力以壓力和扭矩的形式施加到床身的主要受力面上。根據(jù)受力狀態(tài)計算結果,使用仿真軟件ANSYS Workbench分別對樹脂礦物復合材料與鑄鐵材料兩種材質床身結構進行靜態(tài)仿真分析,獲得了兩種材料床身各個方向的變形、等效應力云圖,結果顯示樹脂礦物復合材料床身結構除Z向變形稍大外,其余各向變形均小于鑄鐵材料床身,且其大變形部位較少,整體床身變形起伏較小,表明樹脂礦物復合材料床身靜力學性能與鑄鐵材料床身相當,能夠滿足使用要求。分別對樹脂礦物復合材料和鑄鐵材料兩種材質床身進行模態(tài)分析仿真計算,得到兩種材料床身前八階模態(tài)固有頻率與振型圖并進行了比較分析。分析結果表明,樹脂礦物復合材料床身固有頻率明顯高于鑄鐵材料床身。分別對兩種材料床身進行諧響應分析,得到其振幅頻率響應曲線。分析結果表明,樹脂礦物復合材料床身各向振動幅值均明顯小于鑄鐵材料床身。研究結果表明,樹脂礦物復合材料床身動態(tài)性能明顯優(yōu)于鑄鐵材料床身。為了進一步提高樹脂礦物復合材料床身的綜合性能,以床身壁厚和肋板厚度為設計變量,以最大靜態(tài)變形、前兩階模態(tài)固有頻率和質量作為目標函數(shù),對樹脂礦物復合材料床身進行優(yōu)化。通過參數(shù)分析計算出各目標函數(shù)分別對于兩個設計變量的靈敏度,得出床身壁厚和肋板厚度的最佳方案,獲得床身的結構改進方案。對改進設計的床身進行有限元分析,分析結果表明：優(yōu)化設計的床身靜、動態(tài)性能均優(yōu)于原床身,但其質量相對于原床身有一定程度的增大,為了實現(xiàn)床身的輕量化,進而對優(yōu)化后床身進行拓撲優(yōu)化。根據(jù)拓撲優(yōu)化結果,進一步提出床身的結構改進方案,并對方案進行多目標優(yōu)化,使優(yōu)化后的樹脂礦物復合材料床身在獲得優(yōu)良綜合性能的基礎上,減輕床身質量,節(jié)約材料,降低成本。
【關鍵詞】：樹脂礦物復合材料 ANSYS Workbench 有限元分析 結構優(yōu)化 拓撲優(yōu)化
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 引言13-14
• 1.2 樹脂礦物復合材料14-18
• 1.2.1 樹脂礦物復合材料組成成分14-16
• 1.2.2 樹脂礦物復合材料特性分析16-17
• 1.2.3 樹脂礦物復合材料在機床上的應用17-18
• 1.3 樹脂礦物復合材料床身國內外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.2 國內研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 本文主要研究內容及意義20-23
• 1.4.1 本文主要研究內容20-21
• 1.4.2 研究意義21-23
• 第2章 樹脂礦物復合材料床身靜力學分析23-43
• 2.1 機床原型介紹23
• 2.2 樹脂礦物復合材料床身設計23-25
• 2.3 結構靜力分析基礎25-26
• 2.4 床身受力分析26-34
• 2.4.1 工件受力分析26-28
• 2.4.2 頭架、尾架、工作臺整體分析28-31
• 2.4.3 工作臺-滑鞍-砂輪架-砂輪受力分析31-34
• 2.5 床身結構有限元靜力分析34-41
• 2.5.1 有限元法簡介34-35
• 2.5.2 床身靜態(tài)分析35-41
• 2.6 本章小結41-43
• 第3章 樹脂礦物復合材料床身動態(tài)分析43-55
• 3.1 床身結構模態(tài)分析43-48
• 3.1.1 模態(tài)分析理論43-44
• 3.1.2 模態(tài)分析結果分析44-48
• 3.2 床身結構諧響應分析48-53
• 3.2.1 諧響應分析理論49
• 3.2.2 諧響應分析運動方程49
• 3.2.3 諧響應求解方法49-50
• 3.2.4 床身諧響應分析50-53
• 3.3 本章小結53-55
• 第4章 樹脂礦物復合材料床身結構優(yōu)化及有限元分析55-65
• 4.1 床身結構優(yōu)化分析55-60
• 4.1.1 確定優(yōu)化變量55-56
• 4.1.2 數(shù)學模型的建立56
• 4.1.3 結構優(yōu)化分析56-60
• 4.2 床身拓撲優(yōu)化60-63
• 4.2.1 拓撲優(yōu)化概述60-61
• 4.2.2 床身拓撲優(yōu)化61-63
• 4.3 本章小結63-65
• 第5章 結論與展望65-67
• 5.1 結論65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術論文71-73
• 致謝73-74
• 附件74

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1 張公文;談復合孕育高錳灰鑄鐵在烘缸生產中的應用[J];河南機電高等�？茖W校學報;2001年02期

2 翟啟杰;氮在鑄鐵中的作用及含氮高強度灰鑄鐵 鑄鐵中的微量元素講座之二[J];現(xiàn)代鑄鐵;2001年02期

3 翟啟杰;釩在鑄鐵中的作用及含釩鑄鐵 鑄鐵中的微量元素講座之四[J];現(xiàn)代鑄鐵;2001年04期

4 馬占平;鑄鐵冷焊的特殊技藝應用分析[J];焊接技術;2005年01期

5 Mikael Lindholm;Michael Karlkvist;;通過考慮多項因素推動鑄鐵加工的發(fā)展[J];世界制造技術與裝備市場;2013年03期

6 廖裕力;何本謙;;國外發(fā)展密集石墨鑄鐵情況綜述[J];機械科技動態(tài);1979年02期

7 邱友鹿;;合金磨削鑄鐵——介紹一種新型鑄鐵材料[J];四川機械;1980年03期

8 邱友鹿;合金磨削鑄鐵——介紹一種新型鑄鐵材料[J];機械工程材料;1982年06期

9 Wolfram Weis;裘明仁;;灰鑄鐵年度評述[J];現(xiàn)代鑄鐵;1983年03期

10 莫叔遲;鈮-錳-鐵在鑄鐵材料中應用的研究[J];鋼鐵研究總院學報;1985年03期

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1 盛達;王昆林;李雙壽;;稀土在鑄鐵中的應用大有可為[A];第九屆中國稀土企業(yè)家聯(lián)誼會會議論文集[C];2002年

2 翟啟杰;李青春;;鈮對鑄鐵作用的基礎研究及應用[A];中國機械工程學會第十一屆全國鑄造年會論文集[C];2006年

3 陳楨杰;;灰鑄鐵缸體中合金元素的應用及分析[A];創(chuàng)新裝備技術 給力地方經濟——第三屆全國地方機械工程學會學術年會暨海峽兩岸機械科技論壇論文集[C];2013年

4 朱永敏;;全廢鋼增碳工藝是感應爐熔煉鑄鐵的唯一優(yōu)勢工藝[A];第十三屆21�。ㄊ小^(qū)）4市鑄造會議暨第七屆安徽省鑄造技術大會論文集[C];2012年

5 王金國;逄偉;于家祥;姜啟川;;灰鑄鐵中的石墨在切削加工過程中的變形規(guī)律及其對切削加工性能的影響[A];2010年中國鑄造活動周論文集[C];2010年

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1 特約記者 郝文昌;十二所研制成功合成鑄鐵[N];中國船舶報;2006年

2 潘寧;新型鑄鐵材料延長活塞壽命[N];中國質量報;2010年

3 翟啟杰　周文彬 華勤 朱洪波 征燈科 孫小亮 閻永生 宋長江;鈮在汽車鑄鐵制動盤中的應用[N];世界金屬導報;2011年

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1 周文彬;鈮在高碳當量灰鑄鐵中的作用及在制動盤生產中的應用[D];上海大學;2010年

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1 孫國艷;樹脂礦物復合材料磨床床身有限元分析及結構優(yōu)化[D];山東大學;2015年

2 林浩;高強度合成灰鑄鐵的組織性能及斷裂特征[D];西安理工大學;2010年

3 孫曉敏;鉻、錳對高碳灰鑄鐵組織性能影響的研究[D];山東建筑大學;2012年

4 汪振華;貝氏體灰鑄鐵汽缸套生產工藝基礎研究[D];廣西大學;2006年

5 程海明;高強度高彈性模量低殘余應力鑄鐵的制備與組織性能分析[D];西南交通大學;2008年

6 陳鋒;鑄鐵的凝固行為與組織控制[D];東華大學;2013年

7 黃勝操;發(fā)動機缸體用灰鑄鐵材料加工性鑄鐵材能研究[D];河南科技大學;2013年

8 葉玉龍;鑄鐵造紙烘缸超聲波無損檢測技術研究[D];華南理工大學;2013年

9 師素粉;鑄鐵材料在水環(huán)境（海水、淡水、鹽水）中的腐蝕研究[D];太原科技大學;2008年

10 王沖;激光制備鑄鐵非光滑表面的工藝研究[D];長春工業(yè)大學;2014年

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本文編號：893662