有限元方法的鉆孔機(jī)立柱下鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

介紹了對(duì)某型號(hào)加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)的有限元分析。詳細(xì)分析了整機(jī)的前幾階模態(tài)。研究后發(fā)現(xiàn)由于立柱和支撐板設(shè)計(jì)的不合理,就會(huì)導(dǎo)致機(jī)床固有頻率較低,振動(dòng)增大,機(jī)床精度下降。針對(duì)加工中心機(jī)床部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)于立柱,筋板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)選和設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化,并對(duì)支撐板采用了拓?fù)鋬?yōu)化和參數(shù)優(yōu)化結(jié)合的方法。研究結(jié)果表明,通過(guò)有限元分析,加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)得到了較好的優(yōu)化,從而使整機(jī)性能得到了提高。

重載變速箱支承法蘭盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)約成本、減小箱體整體重量有著重要的影響。基于支承法蘭盤(pán)的結(jié)構(gòu)特征,通過(guò)目標(biāo)函數(shù)的建立、設(shè)計(jì)變量的選取以及約束條件的確定建立了優(yōu)化設(shè)計(jì)的有限元模型,并對(duì)法蘭盤(pán)進(jìn)行了靜力分析。在結(jié)構(gòu)輕量化的目標(biāo)下,通過(guò)對(duì)法蘭盤(pán)進(jìn)行優(yōu)化分析,得到了法蘭盤(pán)安全、可靠的結(jié)構(gòu)最優(yōu)尺寸,減少了材料的使用。對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行了安全校核,驗(yàn)證其完全滿足設(shè)計(jì)要求。該分析方法對(duì)法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化具有一定的參考作用。

傳統(tǒng)的鋼框架體系的線彈性分析可以用力法、位移法以及彎矩平衡法，但是當(dāng)框架的規(guī)模較大時(shí)，基于有限元思想的結(jié)構(gòu)矩陣分析方法得到普遍應(yīng)用，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)框架體系采用桿系有限元法進(jìn)行分析。

對(duì)pzt厚膜驅(qū)動(dòng)的微變形鏡(dm)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)?；谟邢拊椒?fem),分析了結(jié)構(gòu)中各個(gè)參數(shù)對(duì)變形鏡性能的影響。優(yōu)化結(jié)果表明,單元邊長(zhǎng)1.75mm的驅(qū)動(dòng)器,在最優(yōu)參數(shù)下沖程可達(dá)2~5μm@100v,且加載鏡面后驅(qū)動(dòng)器的位移損失小于12%,帶鏡面負(fù)載能力強(qiáng)。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制備了壓電厚膜微驅(qū)動(dòng)器陣列,驅(qū)動(dòng)器的沖程可達(dá)4.5μm@100v,并與有限元方法的結(jié)果進(jìn)行了分析比較。

把有限元分析的技術(shù)應(yīng)用到貯箱的設(shè)計(jì)中,建立了貯箱有限元模型,并對(duì)現(xiàn)有的一個(gè)貯箱為例進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。其中進(jìn)行了材料非線性分析,得出貯箱各個(gè)壓力下的應(yīng)力和變形量,為加工和裝配提供可靠的數(shù)據(jù),從而使其質(zhì)量得到減輕,以提高發(fā)射有效載荷。

利用有限元方法對(duì)1.5mw風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙罩進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析,根據(jù)分析結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)鋪層進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,1.5mw機(jī)艙罩的制造成本降低了約5%,提高了其價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力,為風(fēng)機(jī)保持合理利潤(rùn)空間提供了有力的支持。

以工作裝置箱型伸縮臂有限元分析為基礎(chǔ),在保證強(qiáng)度和剛度的前提下,以結(jié)構(gòu)自重為目標(biāo)函數(shù),以臂截面尺寸為設(shè)計(jì)變量,對(duì)伸縮臂進(jìn)行了有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后,伸縮臂的截面尺寸明顯減小,自重降低了26.4%,達(dá)到了減輕重量、節(jié)約材料、減少成本的目的,同時(shí)為箱型伸縮臂的設(shè)計(jì)和改造提供了理論依據(jù)。

針對(duì)單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜,剛度要求高等特點(diǎn),文章運(yùn)用有限元分析方法對(duì)單立柱堆垛機(jī)進(jìn)行建模及靜力學(xué)分析,并對(duì)單立柱堆垛機(jī)截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使優(yōu)化后立柱剛度提高40%左右,達(dá)到了在安全范圍內(nèi)降低了制造成本,提高了堆垛機(jī)的工作性能和使用壽命。

鉆頭是深栽造林鉆孔機(jī)最重要的工作部件,強(qiáng)度和變形是鉆頭設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題。利用solidworkssimulation插件對(duì)深栽造林鉆孔機(jī)鉆頭進(jìn)行了有限元分析,并在此基礎(chǔ)上對(duì)鉆頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,使鉆頭厚度減小了2mm、質(zhì)量減輕了2.1kg,達(dá)到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。

針對(duì)某型號(hào)懸臂式掘進(jìn)機(jī)中回轉(zhuǎn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在確立危險(xiǎn)載荷工況并完成相應(yīng)的載荷計(jì)算后,利用ansys軟件的apdl編程,建立回轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的有限元非線性接觸分析模型,通過(guò)分析計(jì)算得到其應(yīng)力和變形的分布規(guī)律,并確立了支耳結(jié)構(gòu)為承載的薄弱位置,在此基礎(chǔ)上選擇支耳的結(jié)構(gòu)尺寸為設(shè)計(jì)變量,以最小化支耳位置的最大mises應(yīng)力為目標(biāo)函數(shù),建立回轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,通過(guò)優(yōu)化使支耳結(jié)構(gòu)的承載能力提高15%,回轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的整體剛性和承載能力得到較大的改善,優(yōu)化結(jié)果在工程實(shí)際應(yīng)用中被采納。

以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架的結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,基于機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論、方法和有限元方法,用ansys軟件對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)分析和模態(tài)分析;提出4種轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)方案,通過(guò)比較各方案的強(qiáng)度及靜、動(dòng)態(tài)剛度,找出其中轉(zhuǎn)子支架的最優(yōu)方案結(jié)構(gòu);分析結(jié)果表明,通過(guò)改進(jìn)的轉(zhuǎn)子支架方案3的結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度和剛度性能都有所提高;本文所采用的方法也為復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了科學(xué)有效的途徑。

基于多體系統(tǒng)傳遞矩陣法對(duì)某型號(hào)包傘機(jī)進(jìn)行有限元分析,針對(duì)整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移進(jìn)行了多點(diǎn)云圖的研究,綜合考慮機(jī)構(gòu)的受力及變形對(duì)包傘機(jī)進(jìn)行優(yōu)化,經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證:優(yōu)化后提高了包傘機(jī)的工作強(qiáng)度,滿足了長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工作要求。

建立了帶式輸送機(jī)頭部支架的有限元力學(xué)模型,完成了頭部支架有限元結(jié)構(gòu)分析。利用ansys軟件的apdl參數(shù)化語(yǔ)言,創(chuàng)建了優(yōu)化控制文件程序(odpst),完成了頭部支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),取得了合理和滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果。

采用pro/e建立鋪板機(jī)門(mén)架參數(shù)化模型,以ansys為模擬計(jì)算平臺(tái),對(duì)優(yōu)化前后的門(mén)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體求解計(jì)算。獲得了優(yōu)化前后門(mén)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度力學(xué)特性,應(yīng)力與變形分布規(guī)律,及優(yōu)化后的門(mén)架結(jié)構(gòu)。為鋪板機(jī)門(mén)架最優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)。

由于圖論與矩陣代數(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)具有緊密的聯(lián)系，而在科學(xué)研究和工程應(yīng)用方面嶄露頭角。本書(shū)中分析方法采用矩陣代數(shù)、圖論和元啟發(fā)式算法，其中所涉及的數(shù)學(xué)的結(jié)構(gòu)非常適用于工程問(wèn)題的結(jié)構(gòu)，這些理論和算法非常適用于現(xiàn)代計(jì)算力學(xué)的研究。本書(shū)的特色在于：有效分析為目的的圖論應(yīng)用、力法到有限元分析的延伸、用來(lái)排序和分解的元啟發(fā)式（meta-heuristic）算法應(yīng)用、力法中的對(duì)稱性和規(guī)律性的有效應(yīng)用、結(jié)構(gòu)的同步分析和設(shè)計(jì)。

為改善fsae賽車的動(dòng)力性能,本文研究了賽車鏈輪的有限元分析及輕量化設(shè)計(jì)問(wèn)題,首先對(duì)fsae方程式賽車大鏈輪進(jìn)行參數(shù)化建模,然后基于ansysworkbench軟件對(duì)初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有限元建模及分析,結(jié)果表明初始設(shè)計(jì)還有較大的優(yōu)化潛力.然后研究腹板結(jié)構(gòu)各參數(shù)與大鏈輪質(zhì)量和最小安全系數(shù)的關(guān)系,采用響應(yīng)面法進(jìn)行參數(shù)靈敏度分析,并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)零件減重10.97%,對(duì)提高賽車的動(dòng)力性有著重要意義,同時(shí)該研究對(duì)賽車的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也有一定的借鑒意義.

玻璃鋼設(shè)備是復(fù)合材料制品設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種,與傳統(tǒng)的混凝土、鋼制設(shè)備相比,重量輕,防腐性能佳,可靠性高。本文通過(guò)有限元分析的手段對(duì)玻璃鋼設(shè)備的一些典型結(jié)構(gòu)作出優(yōu)化設(shè)計(jì),降低了生產(chǎn)成本,縮減了設(shè)計(jì)周期及實(shí)驗(yàn)費(fèi)用,通過(guò)文中課題的研究,為未來(lái)有限元分析在玻璃鋼行業(yè)更深入的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。

以輕型鋼結(jié)構(gòu)中的門(mén)式剛架為研究對(duì)象,以門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)體系用鋼量最少為目標(biāo)函數(shù),并設(shè)定合理的約束條件,借助有限元程序ansys進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),結(jié)果表明這種優(yōu)化方法是可行的,可供工程實(shí)踐參考。

機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)剛度與布局有關(guān),通過(guò)改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可同時(shí)改善結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)性能。文章根據(jù)單自由度系統(tǒng)動(dòng)、靜剛度的關(guān)系,使用有限元分析(fea)方法對(duì)模具加工中心床身部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜態(tài)和模態(tài)分析,提出了各種優(yōu)化方案。經(jīng)過(guò)優(yōu)選,得到最佳布局,該結(jié)構(gòu)已被生產(chǎn)廠家采用,投入制造,不僅使床身的靜、動(dòng)態(tài)性能大幅度提高,節(jié)省了材料,而且為加工中心床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。

電壓力鍋是如今廣泛使用的電熱炊具,利用ansys軟件對(duì)電壓力鍋鍋體進(jìn)行有限元分析。首先根據(jù)電壓力鍋工作的實(shí)際情況,采用順序耦合法對(duì)電壓力鍋鍋體進(jìn)行熱-應(yīng)力耦合分析,得到鍋體的應(yīng)力分布情況,得出計(jì)算模型能夠滿足電壓力鍋工作安全的需要;再?gòu)墓?jié)省材料使用的角度考慮,采用ansys軟件,以鍋體的鍋底厚度t1、鍋壁厚度t2、牙口厚度t3為設(shè)計(jì)變量,鍋體材料的疲勞強(qiáng)度極限σ為狀態(tài)變量,對(duì)鍋體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,使鍋體在能夠達(dá)到工作安全要求的同時(shí)又能節(jié)省材料的使用。

臥式容器屬于壓力容器種類之一,主要應(yīng)用于石油化工行業(yè)。作為一種具備存儲(chǔ)性質(zhì)的設(shè)備而言,其重要支撐結(jié)構(gòu)主要為雙鞍座支撐。基于此,本文利用ansys軟件來(lái)建立有限元分析模型對(duì)鞍座截面設(shè)置開(kāi)孔的情況進(jìn)行可行性分析。然后在此基礎(chǔ)上探析鞍座截面實(shí)際設(shè)置開(kāi)孔的接管應(yīng)力,以期為后續(xù)關(guān)于臥式容器方面的研究提供相關(guān)理論上的參考依據(jù)。

通過(guò)建立活動(dòng)橫梁和坯體的幾何模型,用陶瓷粉末的參數(shù)及液壓壓磚機(jī)的壓力進(jìn)行定義和加載,分別分析了活塞動(dòng)式和缸動(dòng)式、改變活動(dòng)橫梁的結(jié)構(gòu)尺寸在粉末壓制過(guò)程中的作用,同時(shí)為今后液壓壓磚機(jī)的活動(dòng)橫梁設(shè)計(jì)提供理論參考。