MT200壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計【優(yōu)秀】

  本科生畢業(yè)設(shè)計                畢業(yè)設(shè)計題目     MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計                                                  學(xué)  生  姓  名                                                          專       業(yè)                                                         班       級                                                                        指  導(dǎo)  教  師                                                   完  成  日  期                                                              畢業(yè)設(shè)計（論文）前期工作材料   學(xué)生姓名：                    學(xué)號：                      系     部：                                                  專     業(yè)：                                                    設(shè)計（論文）題目：   MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元                                                      分析及改進設(shè)計                                     指導(dǎo)老師：                                                   材   料   目   錄  序號  名           稱  數(shù)量  備注  1 畢業(yè)設(shè)計（論文）選題、審題表  1  2 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書  1  3 畢業(yè)設(shè)計（論文）實習(xí)調(diào)研報告  1  4 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（含文獻綜述）  1  5 畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯（含原文）  1  6 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表  1                                                          年     月   日     畢業(yè)設(shè)計（論文）選題、審題表  學(xué)  院    選  題  教  師  姓名    專  業(yè)     專業(yè)技術(shù) 職務(wù)    申報課題名稱  MT200 壓力機 機身 結(jié)構(gòu) 有限元分析及改進設(shè)計  課題性質(zhì)              課題來源  A B C D            課題簡介  本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司。 MT200 型 壓力機是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運用有限元分析技術(shù)對 MT200 型 壓力機進行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提 供科學(xué)計算分析的依據(jù)，增強其產(chǎn)品在市場的競爭力。  本課題的目的在于鞏固和擴大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決工程中的實際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究以及資料、信息獲取和分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計過程中使用計算機的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫論文的能力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。  通過本課題的研究，使學(xué)生能夠掌握有限元建模、邊界條件的確定、載荷模擬及結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變場的分析及優(yōu)化設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法。  設(shè)計（論文）  要    求  （包括應(yīng)具備的條件）  技術(shù)要求：  （ 1）  要求校核 MT200 型 壓力機在承載條件下的剛度和強度；  （ 2）  要求在保證壓力機強度和剛度的條件下對壓力機主要部件進行優(yōu)化設(shè)計；  （ 3）  分析壓力機的模態(tài)，并對壓力機的工作狀況進行評估。  具備條件 ：  (1) 機房提供學(xué)生完成課題所需計算機和有限元分析軟件 ANASY；  (2) 揚州大學(xué)圖書館提供學(xué)生所需資料。  課題預(yù)計  工作量大小  大  適中  小  課題預(yù)計  難易程度  難  一般  易         所在專業(yè)審定意見：    負責(zé)人（簽名）：  年     月    日  院主管領(lǐng)導(dǎo)意見：                                               簽名：            年     月     日      畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書     系     部：                                                       專     業(yè)：                                                          學(xué)生姓名：                     學(xué)號：                        畢業(yè)（論文）題目：   MT200 壓力機 機身 結(jié)構(gòu)                 有限元分析及改進設(shè)計                    起    迄   日   期：                                                                設(shè)計（論文）地點：                                        指   導(dǎo)    老   師：                                                                      專  業(yè)  負  責(zé)   人：                                                                               發(fā)任務(wù)書日期：     畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書  1、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達到的目的：  本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司。 MT200 型 壓力機是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運用有限元分析技術(shù)對 MT200 型 壓力機進行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計算分析的依據(jù)，增強其產(chǎn)品在 市場的競爭力。  本課題的目的在于鞏固和擴大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決工程中的實際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究以及資料、信息獲取和分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計過程中使用計算機的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫論文的能力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。  通過本課題的研究，使學(xué)生能夠掌握有限元建模、邊界條件的確定、載荷模擬及結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變場的分析及優(yōu)化設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法。  2、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：  2.1 任務(wù)內(nèi)容  要求運用有限元 分析軟件 ANSYS 對 MT200 型 壓力機 進行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機機身部件的強度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以達到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。模態(tài)分析可以求出機身振動的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對液壓機工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為液壓機的設(shè)計提供了理論和現(xiàn)實依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有：  （ 1）  對 MT200 型 壓力機機身 進行三維實體建模 ；  （ 2）  了解 MT200 型 壓力機 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對其進行工作載荷 分析，確定邊界條件及加載方案；   （ 3）  劃分網(wǎng)格，進行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評價載荷對壓力機工作性能的影響；  （ 4）  對 機身 模型進行 自由 模態(tài)分析，求解 機身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動態(tài)參數(shù)，分析其對工作狀況的影響。 （這項選做 ） ；  （ 5）  根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險區(qū)域采取措施改善應(yīng)力狀況；在低應(yīng)力區(qū)域，改變相關(guān)尺寸變量，以達到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進行有限元分析，檢驗改變尺寸后的剛度和強度。重復(fù)進行以上步驟，直到獲取最佳方案。    2.2 原始條件及數(shù)據(jù)  該設(shè)備的主要參數(shù)如下 : 型         號 :  MT200；  公   稱  壓  力 :  200KN；  標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù) : 1250 1250；  機身材料是 Q235A，密度 37800 mkg ；  許用角變形 980 微??；  其他數(shù)據(jù)（材料等）見圖紙。  2.3 技術(shù)要求  （ 4）  要求校核 MT200 型 壓力機在承載條件下的剛度和強度。  （ 5）  要求在保證壓力機強度和剛度的條件下對壓力機主要部件進行優(yōu)化設(shè)計。  （ 3）   分析壓力機的模態(tài)，并對壓力機的工作狀況進行評估。  2.4 工作要求  （ 1）  在深刻領(lǐng)會任務(wù)內(nèi)容及要求的基礎(chǔ)上，查找相 關(guān)的文獻資料。（ 20 篇以上，除了教師已列出的文獻），通過查閱文獻資料認真研究原始材料，寫出開題報告；  （ 2）  進行理論學(xué)習(xí)、上機操作、數(shù)據(jù)處理、分析總結(jié)、整理資料，完成與任務(wù)書要求相應(yīng)的工作，并撰寫成畢業(yè)論文，獨立完成畢業(yè)設(shè)計的各項工作；  （ 3）  畢業(yè)論文或設(shè)計說明書需符合規(guī)范化要求，即：由中外文題名、目錄、中外文摘要、引言（前言）、正文、結(jié)論、謝辭、參考文獻和附錄組成，中文摘要在 400 漢字左右，外文摘要在 250 個實詞左右，中文題名字?jǐn)?shù)一般不超過 20 個，設(shè)計說明書、論文或軟件說明書的總字?jǐn)?shù)在 1.52 萬漢字；  （ 4）  完成英譯中資 料一份；  （ 5）  畢業(yè)設(shè)計必須按時按量在規(guī)定的地點認真完成。           畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書  3、對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計論文、  圖表、實物樣品等）：  （ 1） 完成實習(xí)調(diào)研報告一份；  （ 2） 完成開題報告一份；  （ 3） 完成按本任務(wù)書第二項內(nèi)容所述要求撰寫研究論文 一篇 ，篇幅不少于 2 萬字；。  （ 4） 完成英譯中資料一份， 不少于 5000 字符 。  4、主要參考文獻：  1 梁森 .開式數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機機身的有限元分析及優(yōu)化 D:碩士學(xué)位論文 . 山東：山   東工業(yè)大學(xué)機械系， 2001. 2 雷小寶 .新 型數(shù)字化壓力機的研制 D： 碩士學(xué)位論文 .合肥：合肥工業(yè)大學(xué)， 2007. 3 張祖芳 .開式壓力機機身的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計 D:碩士學(xué)位論文 .南京：東   南大學(xué)， 2004. 4 周平 .新型壓力機機身有限元分析及優(yōu)化 D:碩士學(xué)位論文 .南京：南京理工大學(xué)，2007. 5 江克斌 , 屠義強 , 邵飛 .結(jié)構(gòu)分析有限元原理及 ANSYS 實現(xiàn) . 北京 : 國防工業(yè)出社 . 6 高耀東 , 郭嘉平 .ANSYS 機械工程應(yīng)用 25 例 . 7 劉茜，董正身，基于 ANSYS 的 C 型液壓機機身有限元分析，機械設(shè)計與制造， 2006，1001-3997 8 劉強，付文智，李明哲 .三梁四柱式多點成形壓力機機架結(jié)構(gòu)有限元分析和優(yōu)化設(shè)計 .塑性工程學(xué)報 .2003,10(5) 9 傅志方，華宏星 .模態(tài)分析理論與應(yīng)用 .上海 :上海交通大學(xué)出版社 ,2000  10 張洪武有限元分析與 CAE 技術(shù)基礎(chǔ) M北京：清華大學(xué)出版社， 2004 11 傅永華有限元分析基礎(chǔ) M武漢：武漢大學(xué)出版社 ,2003 8  12 侯曉望 , 童水光 . 基于有限元分析的液壓機結(jié)構(gòu)優(yōu)化 J. 浙江大學(xué)學(xué)報 , 2005, 4:   46-48 13 尚曉江 , 邱峰 .ANSYS 結(jié)構(gòu)有限元高級分析方法與范例應(yīng)用，北京 :中國水 利水電出版社 ,2008 14 王文玷，田保杰   科技論文寫作與發(fā)表   北京：國防工業(yè)出版社 . 15 尚曉江等 . ANSYS 結(jié)構(gòu)有限元高級分析方法與范例應(yīng)用 .中國水利水電出版社 .2006.1 16 章爭榮，孫友松等，開式數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機機身結(jié)構(gòu)及其對剛度的影響，鍛壓機械，2001， 3 17 鐘志華，周彥偉 . 現(xiàn)代設(shè)計方法 .武漢理工大學(xué)出版社 .2001.8. 18 雷小燕 .有限元法 .中國鐵道出版社 .2000.10 19 龔曙光 .ANSYS 基礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析 .機械工業(yè)出版社 .2003.1          畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書  5、本畢業(yè)設(shè)計（論 文）課題工作進度計劃  起止日期  工  作  內(nèi)  容   第 1-2 周：   第 3-4 周：  第 5-7 周：   第 8-10 周：   第 11 12 周：   第 13-15 周：    收集閱讀與課題有關(guān)的中英文資料 15 篇；  翻譯英文資料  ；  畢業(yè)實習(xí)，并完成實習(xí)報告；  調(diào)查研究、分析課題，提交開題報告；  有限元軟件（ ANSYS）操作練習(xí)；  對壓力機機身進行有限元建模研究；  結(jié)構(gòu)分析，有限元計算，數(shù)據(jù)處理；  給出優(yōu)化方案及分析結(jié)果  。  撰寫畢業(yè)論文  。  對所做工作進行總結(jié)、分析、做 PPT,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯   。   所在專業(yè)審核意見：     負責(zé)人：                 年      月      日   學(xué)院意見：        院長：    年    月    日    實習(xí) 調(diào)查 報告   -觀江蘇揚力集團有感   4月 9號下午星期三下午在老師的安排下，我們參觀了揚州揚力集團。讓我們真正見到了實際的生產(chǎn)加工過程，開拓了視野。大學(xué)四年一直注重理論的學(xué)習(xí)，如今有機會與實踐進行零距離接觸，感觸 很多。  揚力集團位于長三角沿江工業(yè)走廊核心區(qū)域的揚州經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)，集團注冊資本總額 1億元，占地總面積 1500畝，固定資產(chǎn)總值 7.5億元，集團以江蘇揚力 集團有限公司（前身為揚州第二鍛壓機床廠）為母公司，轄有揚力集團數(shù)控公司、揚力集團液壓公司、揚力集團重  型公司、江蘇揚力鑄鍛公司、揚力集團精機公司等 5家子公司。  此次，我們主要參觀了數(shù)控機床生產(chǎn)車間，通過公司負責(zé)人的介紹，我了解了揚力集團數(shù)控公司長期致力于數(shù)控機床的開發(fā)與研究，主要產(chǎn)品有 MP系列 30T-50T 液壓數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床、 EP20系列全伺服數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床； MB 系列電液伺服同步數(shù)控折彎機； MS系列數(shù)控剪板機； AP1212系列汽車縱梁平板數(shù)控沖柔性加工單元以及 ML系列數(shù)控激光切割機并且長期致力于沖、剪、折、 激光等各類中高  檔金屬板材加工機械的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、汽車、軍工、電器、五金、造幣等生產(chǎn)領(lǐng)域，并遠銷歐美、東南亞等幾十個國家和地區(qū)。  在完善現(xiàn)代企業(yè)制度的進程中，楊力集團凸顯出生產(chǎn)規(guī)模化、發(fā)展專業(yè)化、管理規(guī)范化、營銷網(wǎng)絡(luò)化、研發(fā)系列化、產(chǎn)權(quán)自主化、服務(wù)優(yōu)質(zhì)化、員工知識化的特點，并通過管理求新、技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備更新，以及集品種、品質(zhì)、品位于一體的 “三品戰(zhàn)略 ” ，贏得了科技優(yōu)勢、質(zhì)量優(yōu)勢和市場優(yōu)勢。近 3年來，集團銷售總額連續(xù)  三年占據(jù)國內(nèi)同行業(yè)榜首，先后獲 “江蘇省百強重點高新技企業(yè) ”“國家重點 高新技術(shù)企業(yè) ”“國家級邗江數(shù)控金屬板材加工機械產(chǎn)業(yè)基地骨干企業(yè) ”和 “中國機械 500強 ”等稱號，  “揚力 ”商標(biāo)也被評為中國馳名商標(biāo)。  隨著半閉式壓力機在家電制造業(yè)的熱銷與普及，一些使用高精度進口設(shè)備的用戶紛紛向揚力提出開發(fā)效率更快、精度更高的沖壓設(shè)備要求。在此基礎(chǔ)上，揚力采  用預(yù)應(yīng)力機身結(jié)構(gòu)和動平衡技術(shù)，一舉克服了床身震動引起的機械變形弊端，大大提高了床身下死點重復(fù)定位精度，同時使沖壓速度在此前改進設(shè)備 250次 /分鐘的基礎(chǔ)上再增加一倍，達 500次 /分鐘，該產(chǎn)品不僅性能達到國際同類設(shè)備先進水平，而且造價僅為同類進 口設(shè)備的三分之一。  擁有全球電腦機箱 “制造王國 ”之稱的富士康集團是國內(nèi)精密沖壓設(shè)備的重點用戶之一。它們原采用臺灣、日本和歐洲進口設(shè)備，經(jīng)過充分考察，富士康于 2005年一次性投入億元資金，向揚力集團購進 400多臺套組合型壓力機，充實到其在深圳、太原、煙臺、昆山的四大生產(chǎn)基地，創(chuàng)下了當(dāng)年國內(nèi)壓力機領(lǐng)域最大的單項訂單，相當(dāng)于揚力集團當(dāng)時的年度銷售總額。此后，海爾、格力、美的等知名電器制造企業(yè)也開始陸續(xù)選用揚力設(shè)備替代進口產(chǎn)品。  為進一步提高我國重大裝備國產(chǎn)化水平，揚力發(fā)揮多方面技術(shù)優(yōu)勢，實施國內(nèi)外產(chǎn)、學(xué)、研合作， 近年來，揚力分別開發(fā)研制出 YL89型汽車縱梁成型液壓機， JS36系列 2500KN-25000KN高性能閉式雙點壓力機， HPC系列三圓導(dǎo)柱高速精密壓力機，T30數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床， MB系列數(shù)控折彎機， MS系列數(shù)控剪板機， MC系列數(shù)控激光切割機，大型伺服三坐標(biāo)多功位壓力機等填補國內(nèi)空白的新產(chǎn)品。目前揚力已形成 20多個系列， 400多個高、中、普檔壓力機、折彎機、剪板機、激光切割機、自動成型機等金屬板材加工設(shè)備制造體系，擁有 70多項新產(chǎn)品、新技術(shù)專利，有 32項產(chǎn)品獲國家和省市科技成果獎，其中 18項高新技術(shù)產(chǎn)品國內(nèi)首創(chuàng)，經(jīng) 科技部門組織鑒定，其產(chǎn)品性能均達國內(nèi)領(lǐng)先和國際同類產(chǎn)品先進水平，其中大部分被列為國家和省 “星火計劃 ”、 “火炬計劃 ”或替代進口重大科研成果項目。部分產(chǎn)品相繼出口日本、俄羅斯、美國、加拿大等二十多個國家和地區(qū)，年外貿(mào)收購額達 6億元人民幣，使我國多項中、高檔板材加工設(shè)備實現(xiàn)了由進口到出口的重大歷史轉(zhuǎn)折，而揚力也連續(xù) 3年被列為全國鍛壓機床行業(yè)排頭兵企業(yè)。  從這次的經(jīng)歷中，讓我明白了只有實踐才能讓我們提高，學(xué)習(xí)書本的知識，是為了在實踐中運用，在從中體會總結(jié)經(jīng)  驗，提高自身技能和實戰(zhàn)經(jīng)驗。學(xué)習(xí)理論是為實踐做準(zhǔn)備，掌握好 理論原理，才能在實踐過程中不盲從，或者不知所云。什么事情都是在摸索中前進，不怕跌倒  不怕疼痛，站起來繼續(xù)前行。通過這次生產(chǎn)實習(xí)，進一步鞏固和深化所學(xué)的理論  知識，彌補以前單一理論教學(xué)的不足，為畢業(yè)設(shè)計打  好基礎(chǔ)，學(xué)到了很多自己以前不懂的知識，也從單位的員工身上學(xué)到了很多道理。同時感覺自己在動手實踐  方面還亟待加強。我必須加強專業(yè)知識和實踐的結(jié)合，以使自己將來進入公司能盡快的適應(yīng)公司，適應(yīng)社會。為整個機械行業(yè) ,為整個社會做出自己的一份貢獻。  為未來做好充分的準(zhǔn)備，才能立足于這個競爭激勵的社會。         畢業(yè) 設(shè)計（論文）開題報告        學(xué)  生  姓  名：                    學(xué)號：                                                  專        業(yè)：                                                               設(shè)計（論文）題目：     MT200壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計                                                         指  導(dǎo)  老  師：                                                                        年   月   日     畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告  1、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述：  文  獻  綜  述  1.1 壓力機的國內(nèi)外發(fā)展 現(xiàn) 況  隨著機電一體化和數(shù)控技術(shù)的飛速進步，伺服驅(qū)動系統(tǒng)在制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但是與，與金屬切削機床相比，鍛壓機械的伺服化、數(shù)字化的開發(fā)落后了數(shù)十年 21。上世紀(jì) 90 年代， 在日、歐洲等工業(yè)發(fā)達國家興起了交流伺服機直接驅(qū)動壓力機的研究和開發(fā)，這種伺服壓力機與傳統(tǒng)機械壓力機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單丶生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、滑塊運動柔性好、降噪節(jié)能顯著等優(yōu)點。這類壓力機在日本進入普及期，隨著其在汽車零件、電子零件等高精度、難成行加工領(lǐng)域中的應(yīng)用和其優(yōu)良的節(jié)能性么，已經(jīng)顯示了其他壓力機所無可比擬的優(yōu)越性，成為世界沖壓技及裝備發(fā)展的主要潮流之一1。  日本在伺服壓力機的研究、生產(chǎn)及商品化等方面處于國際領(lǐng)先水平，掌握了伺服壓力機的設(shè)計和制造技術(shù)。日本 komstsu 公司在伺服壓力機的研 發(fā)上目前已經(jīng)出現(xiàn)了三代不同的產(chǎn)品，第一代是 1998 年發(fā)明的 HCP3000，第二代是 2001 年問世的 H2F、 H4F，第三代是 2002 年 H1F 系列 2。 2005 年日本網(wǎng)野公司開發(fā)出世界上最大的大型伺服壓力機，目前公司根據(jù)各種生產(chǎn)需求，研發(fā)出了機械連桿伺服壓力機、曲柄多連桿伺服壓力機、液壓式伺服壓力機等多種類型的伺服壓力機 3。 2007 年德國 SCHULER 公司推出了2500-3600KN 系列產(chǎn)品。 2010 年舒勒推出了新一代伺服驅(qū)動機械壓力機。  自上世紀(jì)八十年代以來，我國的一些企業(yè)先后引進了日本小松制作所得機械 壓力機、德國埃爾福特公司的機械多連桿壓力機、德國舒勒公司的告訴精密壓力機等多種壓力機產(chǎn)品技術(shù)，是我國沖壓裝備在結(jié)構(gòu)、精度、技術(shù)性能方面有很大提高 24。 2007 年10 月濟南二機床研制出我國第一臺大型伺服壓力機。臺灣金豐企業(yè)開發(fā)了 CM1 型伺服壓力機。 2007 年廣州鍛壓機床廠和華南理工大學(xué)聯(lián)合設(shè)計制造的 CDKS 系類肘桿伺服壓力機。齊二機床近年先后引進了瑞典 APT 研配試沖液壓機技術(shù)，與上海交通大學(xué)合  作成功研制了伺服壓力機技術(shù)。 2008 年兩者又采用沉余容錯技術(shù)聯(lián)合開發(fā)成功了2000KN 對稱肘桿伺服壓力機，打破了國 外大型伺服電機對中國市場的壟斷，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟價值。  隨著我國制造業(yè)的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)能生產(chǎn)出最大下壓能力為 50000KN 的單動壓力機和最大下壓能力為 20000KN 的雙動壓力機以及最大下壓能力為 20000KN 的多連桿單動壓力機 22。 雖然近幾年國內(nèi)伺服壓力機已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但在有些關(guān)鍵技術(shù)上和國外還是有很大的差距。為了提高了我國大型伺服壓力機的研發(fā)水平，必須走自主創(chuàng)新之路，開著具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的、符合中國發(fā)展條件的大型伺服壓力機研制工作。  1.2 有限元的發(fā)展及現(xiàn)狀  有限元法是 根據(jù)變分原理求解數(shù) 學(xué)、物理學(xué)問題的一種數(shù)值方法 ， 是當(dāng)前各行業(yè)通用的重要的計算方法 23。 它是 20 世紀(jì) 50 年代末 60 年代初興起的應(yīng)用教學(xué)、現(xiàn)代力學(xué)及計算機科學(xué)相互滲透、綜合利用的邊緣科學(xué)。有限元發(fā)展至今，已由二維問題擴展到三維問題、板殼問題，由靜力學(xué)問題擴展到動力學(xué)問題、穩(wěn)定性問題，由結(jié)構(gòu)力學(xué)擴展到流體，力學(xué)、電磁學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科，由線性問題擴展到非線性問題，由彈性材料擴展到彈塑性。塑性、黏塑性和復(fù)合材料，從航空技術(shù)領(lǐng)域擴展到航天、土木建筑、機械制造、水利工程、造船、電子技術(shù)及原子能等。由單一物理場的求解擴展到多物理場的耦合 ，其應(yīng)用的深度和廣度都得到了極大地拓展 4。  有限元方法是目前解決科學(xué)和工程問題最有效的數(shù)值方法。有限元法具有極大地通用性和靈活性；對同一種問題的有限元法，可以編制出通用的程序，應(yīng)用計算機進行計算；只要適當(dāng)加密單元的網(wǎng)格，就可以達到工程要求的精度；有限元法采用矩陣形式的表達，便于編程序，可以充分利用高速電子計算機所提供的方便 5。但是在求解一些特殊問題，特別是間斷問題時，有限元方法存在著某些固有的缺陷。針對有限元方法的不足， 1999 年，美國西北大學(xué)的 Belytschko 研究組提出課一種用于處理間斷問題的 修正的有限元方法 -擴展有限元法，并增加了對不連續(xù)邊界的描述 6。  作為建設(shè)國家新一代青年，不僅需要懂得工程專業(yè)知識、有限元分析知識，還需要懂得計算機軟件設(shè)計知識，才能主動應(yīng)用現(xiàn)代工程設(shè)計方法來解決工程中遇到的各種力學(xué)問題。    1.3ANSYS 軟件介紹  ANSYS 是一款以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用 CAE 軟件，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級 CAD 工具之一 7。 ANSYS 軟件具有多種有限元分析的能力，一個典型的 ANSYS 分析過程可分為以下三個步驟 8： 創(chuàng)建有限元模型。包括創(chuàng)建或讀入幾何模型；定義材料屬性；劃分單元（ 節(jié)點及單元）； 施加載荷進行求解。包括施加載荷及邊界條件；求解； 查看結(jié)果。包括查看分析結(jié)果；檢驗分析是否正確。壓力機的可靠性、安全性、加工精度和使用壽命等是機床結(jié)構(gòu)設(shè)計和機床運行應(yīng)考慮的主要問題，基于此，利用solidworks 和 ANSYS 軟件對壓力機進行靜態(tài)分析、模態(tài)分析和諧響應(yīng)應(yīng)分析，通過分析得出壓力機的靜剛度、前六階振型及固有頻率，為評價壓力機的動靜態(tài)特性以及后面的設(shè)計改造提供了實驗數(shù)據(jù)，為這種類型的壓力機設(shè)計改進提供了參考。  該平臺為圖像檢測裝備領(lǐng)域提供了新的軟件架構(gòu)，能有效的整合圖像算法工具、工作流機制以及現(xiàn)場使用需求。和目前國內(nèi)國外該領(lǐng)域其他的軟件工具相比，具有突出的優(yōu)點 9： 1）友好的客戶端界面設(shè)計，流程圖話的操作設(shè)計，可以使得最終用戶不用直接使用代碼或者命令行等其他方式的編碼，而且也不用熟悉圖像處理的原理，只需要考慮工作流程即可，從而提高可工作效率，減少了用戶的負擔(dān)； 2）使用工作流機制使得底層圖像處理算法和可視化流程圖之間的數(shù)據(jù)傳遞更加有效便捷； 3）平臺可擴展性好，可以集成和擴展多種圖像處理算法工具，減少二次開發(fā)的時間。 4）工作流實時返回處理的實時數(shù)據(jù)，可以對處理過程的每一個環(huán)節(jié)實時監(jiān)控。  參考文獻：  1 金風(fēng)明 .竇志平 .韓新民 .伺服壓力機在我國的發(fā)展現(xiàn)狀 J.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 .2012.1. 2 謝鵬 .簡述伺服壓力驅(qū)動壓力機的發(fā)展 J.科技創(chuàng)新與應(yīng)用 .2013. 3 呂言 .周建國 .阮澎 .最新伺服壓力機的開發(fā)以及今后的動向 J.綜述 .2010.1. 4 陳錫棟 .楊婕 .趙曉棟 .范細秋 .有限元的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 J.中國制造業(yè)信息化 .2010.6. 5 張晉紅 .吳風(fēng)林 .有限元法及其應(yīng)用現(xiàn)狀 J.綜述 .2007.04. 6 郭歷倫 .陳忠富 .羅景潤 .陳剛 .擴展有限元 方法及應(yīng)用綜述 J.力學(xué)季刊 .2011.12. 7 谷俊斌 .賈宏玉 .ANSYS 軟件在工程力學(xué)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用 J.中國冶金教育 .2013(4). 8 王亞利 .ANSYS 軟件在機械結(jié)構(gòu)中分析中的應(yīng)用 .M. 9 樊炳輝 .焦浩 .賈娜 .基于 ANSYS WorkBench 的排爆機器人機械手靜力學(xué)分析 J.制造業(yè)自動化 .2014.02.   10鐘志華 .周彥偉 . 現(xiàn)代設(shè)計方法 .武漢理工大學(xué)出版社 .2001.8. 11龔曙光 .ANSYS 基礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析 .機械工業(yè)出社 .2003.1 12周平 .新型壓力機機身有限元分析及優(yōu)化 D:碩士學(xué)位論文 .南京：南京理工大學(xué)， 2007. 13雷小燕 .有限元法 .中國鐵道出版社 .2000.10 14張洪武 .有限元分析與 CAE 技術(shù)基礎(chǔ) M.北京 .清華大學(xué)出版社 ,2004 15梁森 .開式數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機機身的有限元分析及優(yōu)化 D.論文碩士 .山東 .山東工業(yè)大學(xué)機械系 .2001 16江克斌 ,.屠義強 . 邵飛 .結(jié)構(gòu)分析有限元原理及 ANSYS 實現(xiàn) . 北京 : 國防工業(yè)出社 . 17張祖芳 .開式壓力機機身的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計 D:碩士學(xué)位論 文 .南京：東南大學(xué)，2004 18尚曉江等 . ANSYS結(jié)構(gòu)有限元高級分析方法與范例應(yīng)用 .中國水利水電出版社 .2006.1 19張洪武有限元分析與 CAE技術(shù)基礎(chǔ) M北京：清華大學(xué)出版社， 2004 20雷小燕 .有限元法 .中國鐵道出版社 .2000.10 21江卓 .2000KN 開式曲柄伺服壓力機設(shè)計 .D:碩士學(xué)位論文 .武漢：華中科技大學(xué) .2012.5 22張進 .多連桿機械式壓力機動力學(xué)分析研究 .D:碩士學(xué)位論文 .合肥：合肥工業(yè)大學(xué) .2012.4 23張同同 .250 噸 數(shù)控伺服壓力機傳動機構(gòu)運動特性及機架有限元分析 .D:碩士學(xué)位論文 .吉林 .吉林大學(xué) .2013.6. 24黃迅 .三伺服電機驅(qū)動機械壓力機的設(shè)計與研究 .D:碩士學(xué)位論文 .上海 .上海交通大學(xué) .2013.2.                  畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告  2、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：  2.1 課題來源  本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司。 MT200 型 壓力機是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運用有限元分析技術(shù)對 MT200 型 壓力機進行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計算分析的依據(jù)，增強其產(chǎn)品在市場的競爭力。  本課題的目的在于鞏固和擴大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決工程中的實際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究以及資料、信息獲取和分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計過程中使用計算機的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫論文的能力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神 。  2.2 課題分析  要求運用有限元分析軟件 ANSYS 對 MT200 型 壓力機 進行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 10。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機機身部件的強度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以達到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。模態(tài)分析可以求出機身振動的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對液壓機工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為液壓機的設(shè)計提供了理論和現(xiàn)實依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有：  (1)對 MT200 型 壓力機機身 進行三維實體建模；  (2)了解 MT200 型 壓力機 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對其進行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案 11；   (3)劃分網(wǎng)格，進行有限元 結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評價載荷對壓力機工作性能的影響 12；  (4)對 機身 模型進行自由模態(tài)分析，求解 機身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動態(tài)參數(shù)，分析其對工作狀況的影響 13；  根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險區(qū)域采取措施改善應(yīng)力狀況；在低應(yīng)力區(qū)域，改變相關(guān)尺寸變量，以達到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進行有限元分析，檢驗改變尺寸后的剛度和強度。重復(fù)進行以上步驟，直到獲取最佳方案 14。  2.3 方案制定  1.在 Soildworks 里畫出 MT200 壓力機的三維模型再導(dǎo)入 ANSYS 軟件中 15。  2.選擇塊單元。    3.對單元進行網(wǎng)格劃分，遵循 “均勻應(yīng)力區(qū)粗劃，應(yīng)力梯度大的區(qū)域細劃 ”的原則 16。  4.對壓力機進行加載：設(shè)備在工作時承受兩個相反方向的載荷，機身所受載荷簡化為對機身的兩個方向的均勻載荷。  5.約束條件：壓力機通過地腳螺栓與地基項鏈部分的 6 自由度全約束 17。  6.施加材料特性：機身材料是 Q235A，密度 P=7800kg/m3 7.對壓力機進行應(yīng)力場分析 18。  8.分析壓力機在加載情況下機身受力垂直變形以及角變形。  9.對機身結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)靜態(tài)優(yōu)化。機身的優(yōu)化原則是：通過改變機身結(jié) 構(gòu)，應(yīng)用 ANSYS計算出機身最大應(yīng)力和垂直變形，以許用應(yīng)力和原有的變形為約束，優(yōu)化的目標(biāo)是選擇合適的機身焊接結(jié)構(gòu)與鋼板厚度，盡量減輕機身的重量 19。  10.對壓力機進行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和固有振型 ，檢驗這些模態(tài)參數(shù)是否符合模態(tài)參數(shù)準(zhǔn)則 20。  3 課題進度安 排表  起始日期  工作內(nèi)容  第 1-2 周  收集閱讀與課題有關(guān)的中英文資料 15 篇；  翻譯英文資料  ；  第 3-4 周  畢業(yè)實習(xí)，并完成實習(xí)報告；  第 5-7 周  調(diào)查研究、分析課題，提交開題報告；  有限元軟件（ ANSYS）操作練習(xí)；  第 8-10 周  對壓力機機身進行有限元建模研究；  結(jié)構(gòu)分析，有限元計算，數(shù)據(jù)處理；  第 11-12 周  給出優(yōu)化方案及分析結(jié)果  。  撰寫畢業(yè)論文  。  第 13-15 周  對所做工作進行總結(jié)、分析、做 PPT,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯  。         畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告  指導(dǎo)教師意見 ：  1、對“文獻綜述”的評語：      2、對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果  的預(yù)測：     指導(dǎo)老師：                           年    月    日  所在專業(yè)審查意見：    負責(zé)人：                                                   年     月     日     畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表  學(xué)生姓名    學(xué)號    指導(dǎo)教師     選題情況   課題名稱  MT200 壓力機 機身 結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計  難易程度  偏難   適中    偏易   工  作  量  較大   合理    較小   符合規(guī)范化  的要求  任務(wù)書  有    無   開題報告  有    無   外文翻譯質(zhì)量  優(yōu)   良    中   差   學(xué)習(xí)態(tài)度  出勤情況  好    一般    差   工作進度  快   按 計劃進行    慢   中期工作匯報及解答問題情況   優(yōu)       良       中       差      中期成績評定：  所在專業(yè)意見：                                                                 負責(zé)人                 年       月        日    I   中文摘要   近年來制造業(yè)成為國家大力支持和發(fā)展的行業(yè)，機床工業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。然而， 有限元分析技術(shù)的應(yīng)用，對于縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，增 強企業(yè)競爭力具有重要意義。本文以閉式壓力機機身為研究對象，利用有限元分析軟件 ANSYS 作為分析工具，進行有限元靜態(tài)、模態(tài)分析，并根據(jù)分析結(jié)果進行機身結(jié)構(gòu)改進設(shè)計研究。本文對閉式壓力機機身結(jié)構(gòu)進行受力分析，采用均布載荷的方法對機身進行加載，將地腳螺栓加以全約束，然后進行計算處理，對機身的變形大小和應(yīng)力分布進行分析，從而定量確定機身的薄弱環(huán)節(jié)，并用有限元方法計算了機身的角變形。  由于各項參數(shù)都有富余，所以根據(jù)分析結(jié)果，  提出三種改進方案以減少機身材料。     運用 ANSYS Workbench 進行模態(tài)分析，分 析其固有頻率以及對應(yīng)的振型。了解該壓力機的模態(tài)特征和動態(tài)特征，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計和改進提供了理論依據(jù)。最后對論文的研究內(nèi)容進行了總結(jié)和展望。  關(guān)鍵詞 ： 閉式壓力機， 有限元 ，靜態(tài)分析 ， 改進設(shè)計，模態(tài)分析      II   Abstract In recent years, our country has been fully supporting and developing the manufacturing industry, whose foundation and key lies in the machine tool industry. However, the application of finite element analysis is significant in shortening the period of production development, increasing the quality of production, reducing the cost of manufacture and improving the enterprise competitive ability. Static and modal this present dissertation using finite element analysis software ANSYS, and some improvement designs of press frame structure have been recommended based on the results of analysis. This paper analyses the stress put on the frame of closed press, loading on the frame of closed press using uniform load, keeping the anchor bolts to all DOF and then calculating the result. The weakness of the frame is found by analyzing the distribution of stress and deformation. Angular deformation is calculated by FEM. Because all parameters meet the requirements, this paper puts forward three other methods to save material.  Modal analysis using ANSYS Workbench is to resolve its inherent frequency and corresponding mode shapes. It can help to understand the modal characteristics and dynamic characteristics of the structure. It also provides a theoretical basis and foundation foe design and improvement of the structure. Finally the paper's research contents are summarized and discussed.  Key words: closed press, finite element method, static analysis, improvement designs, modal analysis     III 目   錄   中文 摘要  .  Abstract .  第一章   緒論  . 1 1.1 引言  . 1 1.2 壓力機的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r . 1 1.3 課題 研究背景和 來源  . 2 1.4 課題研究內(nèi)容  . 2 第二章   研究方法及研究工具介紹  . 4 2.1 有限元法  . 4 2.1.1 有限元研究方法  . 4 2.1.2 有限元的基本思想  . 4 2.1.3 有限元的優(yōu)點  . 5 2.1.4 有限元應(yīng)用的種類  . 5 2.1.5 有限元軟件的分析步驟  . 6 2.2 三維實體建模軟件 Solidworks 簡介  . 6 2.3 ANSYS 模態(tài)功能介紹  . 6 2.4 有限元分析軟件 ANSYS Workbench 簡介  . 7 第三章   壓力機機身的靜態(tài)分析  . 8 3.1 機身簡介  . 8 3.2 機身有限元分析  . 9 3.2.1 制定方案  . 9 3.3 有限元模型的建立  . 9 3.3.1 單元類型的選 擇  . 10 3.3.2 單元網(wǎng)格的劃分  . 10 3.3.3 邊界條件的施加  . 11   IV 3.3.4 邊界約束條件  . 11 3.3.5 材料特性的施加  . 12 3.4 計算結(jié)果分析  . 12 3.4.1 機身的應(yīng)力應(yīng)變要求  . 12 3.4.2 應(yīng)力圖形顯示  . 13 3.4.3 整體變形圖 . 14 3.4.4 局部變形圖 . 17 3.4.5 X， Y， Z 方向最大變形量的對比  . 18 3.4.6 機身角變形與角剛度計算  . 18 第四章  機身結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計  . 21 4.1 優(yōu)化方案一  . 21 4.1.1 應(yīng)力圖顯示  . 21 4.1.2 整體變形圖顯示  . 22 4.1.3 喉口變形圖顯示  . 24 4.1.4 X， Y， Z 方向最大變形量的對比  . 26 4.1.5 角變形與角剛度  . 26 4.2 優(yōu)化方案二  . 27 4.2.1 應(yīng)力圖顯示  . 27 4.2.2 整體變形圖  . 28 4.2.3 喉口變形圖  . 29 4.2.4 X， Y， Z 方向最大變形量的對比  . 31 4.2.5 角變形與角剛度  . 31 4.3 優(yōu)化方案三  . 32 4.3.1 應(yīng)力圖顯示 . 32 4.3.2 整體變形圖顯示  . 33 4.3.3 喉口變形圖顯示  . 34 4.3.4 X， Y， Z 方向最大變形量的對比  . 36 4.3.5 角變形與角剛度  . 36   V 4.4 選擇最佳優(yōu)化方案  . 37 第五章   機身的模態(tài)分析  . 38 5.1 模態(tài)分析概念  . 38 5.2 模態(tài)分析的原理  . 38 5.3 改進機身的自由模態(tài)分析  . 39 5.4 無約束模態(tài)下的振型描述  . 44 第六章   總結(jié)與展望  . 51 6.1 總結(jié)  . 51 6.2 展望  . 51 致  謝  . 52 參考文獻  . 53 MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   1 第一章   緒論  1.1引言  近年來，國家大力發(fā)展制造工業(yè)，尤其對 “極大 ”與 “極小 ”制造給予更多的關(guān)注和支持。制造業(yè)水平的高低 決定 了一個國家的科技實力。 60 年代， 伴隨 震動試驗技術(shù)的發(fā)展，以及頻率特 性分析儀和機械阻抗測試儀的問世，使結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)函數(shù)測試成為可能； 70年代發(fā)展起來的快速傅立葉變換技術(shù)（ FFT）及有限元分析技術(shù)，實現(xiàn)了機械結(jié)構(gòu)的理論建模和實驗建模； 80 年代末，機械機構(gòu)的動態(tài)設(shè)計得到了發(fā)展。目前機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計研究的重點，是將作為動態(tài)分析重要手段的試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)（ EMA）和有限元分析方法（ FEA）同迅速發(fā)展的計算機輔助設(shè)計技術(shù)有機結(jié)合起來，以進一步發(fā)展和完善機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，對機械結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計 和完善 。  現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，產(chǎn)品的功能越來越強大、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，新產(chǎn)品的更 新?lián)Q代周期不斷縮短，設(shè)計分析在產(chǎn)品的整個生命周期中占據(jù)極其重要的位置。在研發(fā)過程中， CAE 軟件 ANSYS 技術(shù)的使用，縮短了從設(shè)計到生產(chǎn)的周期，極大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，使設(shè)計人員能在產(chǎn)品設(shè)計階段分析產(chǎn)品的靜、動態(tài)特性，模擬產(chǎn)品在未來工作環(huán)境的工作狀態(tài)和運行行為，在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷、并對其修改并證實未來工程、產(chǎn)品性能的可行性和可靠性，但是它的建模功能有待增強。  壓力機由于其性價比好、作業(yè)便捷 、且 用途廣泛而 深受 歡迎，市場需求量越來越大。與此同時，產(chǎn)品市場競爭也異常激烈。伴隨著大噸位壓力機的發(fā)展，壓力機零部件 的安全性顯得尤其 的 重要。而有限元分析強大的數(shù)值計算功能可以輕而易舉地 分析 解決用傳統(tǒng)的方法無法解決的復(fù)雜結(jié)構(gòu)受力情況下的問題，利用它解算復(fù)雜的計算問題能簡化設(shè)計過程、加快設(shè)計進度，并且有限元模型能很好地虛擬現(xiàn)實工況，故分析結(jié)果準(zhǔn)確。為此，提出了關(guān)于本課題的研究 對 MT200 精整壓力機進行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。  1.2壓力機的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r  隨著機電一體化和數(shù)控技術(shù)的飛速進步，伺服驅(qū)動系統(tǒng)在制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但是與金屬切削機床相比，鍛壓機械的伺服化、數(shù)字化的開發(fā)落后了數(shù)十年 21。上世紀(jì)90 年代，在 日、歐洲等工業(yè)發(fā)達國家興起了交流伺服機直接驅(qū)動壓力機的研究和開發(fā)，這種伺服壓力機與傳統(tǒng)機械壓力機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、滑塊運動柔性好、降噪節(jié)能顯著等優(yōu)點。這類壓力機在日本進入普及期，隨著其在汽車零MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   2 件、電子零件等高精度、難成行加工領(lǐng)域中的應(yīng)用和其優(yōu)良的節(jié)能性么，已經(jīng)顯示了其他壓力機所無可比擬的優(yōu)越性，成為世界沖壓技及裝備發(fā)展的主要潮流之一 1。  日本在伺服壓力機的研究、生產(chǎn)及商品化等方面處于國際領(lǐng)先水平，掌握了伺服壓力機的設(shè)計和制造技術(shù)。日本 komstsu 公司在伺服壓力機的研發(fā)上目前已 經(jīng)出現(xiàn)了三代不同的產(chǎn)品，第一代是 1998 年發(fā)明的 HCP3000，第二代是 2001 年問世的 H2F、 H4F，第三代是 2002 年 H1F 系列 2。 2005 年日本網(wǎng)野公司開發(fā)出世界上最大的大型伺服壓力機，目前公司根據(jù)各種生產(chǎn)需求，研發(fā)出了機械連桿伺服壓力機、曲柄多連桿伺服壓力機、液壓式伺服壓力機等多種類型的伺服壓力機 3。 2007 年德國 SCHULER 公司推出了2500-3600KN 系列產(chǎn)品。 2010 年舒勒推出了新一代伺服驅(qū)動機械壓力機。  自上世紀(jì)八十年代以來，我國的一些企業(yè)先后引進了日本小松制作所得機械壓力機、德 國埃爾福特公司的機械多連桿壓力機、德國舒勒公司的告訴精密壓力機等多種壓力機產(chǎn)品技術(shù)，是我國沖壓裝備在結(jié)構(gòu)、精度、技術(shù)性能方面有很大提高 24。 2007 年 10 月濟南二機床研制出我國第一臺大型伺服壓力機。臺灣金豐企業(yè)開發(fā)了 CM1 型伺服壓力機。 2007 年廣州鍛壓機床廠和華南理工大學(xué)聯(lián)合設(shè)計制造的 CDKS 系類肘桿伺服壓力機。齊二機床近年先后引進了瑞典 APT 研配試沖液壓機技術(shù)，與上海交通大學(xué)合作成功研制了伺服壓力機技術(shù)。 2008 年兩者又采用沉余容錯技術(shù)聯(lián)合開發(fā)成功了 2000KN 對稱肘桿伺服壓力機，打破了國外大型伺服 電機對中國市場的壟斷，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟價值。  隨著我國制造業(yè)的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)能生產(chǎn)出最大下壓能力為 50000KN 的單動壓力機和最大下壓能力為 20000KN 的雙動壓力機以及最大下壓能力為 20000KN 的多連桿單動壓力機 22。雖然近幾年國內(nèi)伺服壓力機已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但在有些關(guān)鍵技術(shù)上和國外還是有很大的差距。為了提高了我國大型伺服壓力機的研發(fā)水平，必須走自主創(chuàng)新之路，開著具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的、符合中國發(fā)展條件的大型伺服壓力機研制工作。  1.3課題研究背景和來源  鍛壓機械是指在鍛壓加工中用于成形和分離 的機械設(shè)備。鍛壓機械包括成形用的鍛錘、機械壓力機、液壓機、螺旋壓力機和平鍛機，以及開卷機、矯正機、剪切機、鍛造操作機等輔助機械。鍛壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電子、家電等工業(yè)領(lǐng)域。其中，作為衡量一個國家工業(yè)水平的標(biāo)志之一的汽車工業(yè)，被當(dāng)今世界主要工業(yè)發(fā)達國家和新興工業(yè)國家列為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展主導(dǎo)了鍛壓技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展，鍛壓技術(shù)的發(fā)展和進步基本圍繞汽車工業(yè)的發(fā)展而進行。激烈的市場競爭促使汽車更新?lián)Q代的速度MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   3 明顯加快，產(chǎn)品的市場壽命周期進一步縮短；與此同時，汽車變型品種日益增多，現(xiàn)代汽車工業(yè)生產(chǎn)日益呈現(xiàn)生 產(chǎn)規(guī)?；?、車型個性化，車型批量小、車型變化快、多車型共線生產(chǎn)、車身覆蓋件大型化一體化的特征。傳統(tǒng)的加工單一品種的剛性生產(chǎn)線顯然已不適應(yīng)這種特征和市場形勢發(fā)展的要求，其升級換代產(chǎn)品具有高柔性和高效率的自動化鍛壓設(shè)備，成為世界沖壓技術(shù)及裝備發(fā)展的主要潮流。  本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司。 MT200 型壓力機是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運用有限元分析技術(shù)對 MT200 型壓力機進行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計算分析的依據(jù) ，增強其產(chǎn)品在市場的競爭力。   1.4課題研究內(nèi)容  要求運用有限元分析軟件 ANSYS 對 MT200 型 壓力機 進行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 10。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機機身部件的強度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 來 達到降低生產(chǎn)成本 的目的 ，提高經(jīng)濟效益。模態(tài)分析可以求出機身振動的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對液壓機工作狀態(tài)的影響 壓力 機的設(shè)計提供了理論和現(xiàn)實依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有：  (1)對 MT200 型 壓力機機身 進行三維實體建模；  (2)了解 MT200 型 壓力機 工作性質(zhì)和工作 狀態(tài) ；分析 它的 工作載荷，確定邊界條件及加載方案；   (3)劃分網(wǎng)格，進行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機身的應(yīng)力和 變形 分布規(guī)律， 評價載荷對壓力機工作性能的影響；  (4)對 機身 模型進行自由模態(tài)分析，求解 機身 固有頻率以及相應(yīng)振型 的 等動態(tài)參數(shù)，分析其對工作狀況的影響；  (5)根據(jù)分析 的 結(jié)果，在應(yīng)力集中危險區(qū)域采取措施 來 改善應(yīng)力狀況；在低應(yīng)力區(qū)域，改變相關(guān)尺寸 的 變量，以達到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進行有限元分析，檢驗改變尺寸后的 強 度和 剛 度。重復(fù)進行以上步驟，直到獲取最佳 的 方案。  MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   4 第二章   研究方法及研究工具介紹  2.1 有限元法  2.1.1 有限元研究方法  有限元法是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)、物理學(xué)問題的一種數(shù)值方法，是當(dāng)前各行業(yè)通用的重要的計算方法 23。它是 20 世紀(jì) 50 年代末 60 年代初興起的 現(xiàn)代力學(xué) 、 應(yīng)用數(shù)學(xué) 及計算機科學(xué)相互滲透、綜合利用的邊緣科學(xué)。有限元發(fā)展至今，已由二維問題擴展到三維問題、板殼問題，由靜力學(xué) 的 問題擴展到動力學(xué) 的 問題、穩(wěn)定性問題，由結(jié)構(gòu)力學(xué)擴展到流體力學(xué)、電磁學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科，由線性問題擴展到非線性問題，由彈性材料擴展到彈塑性。塑性、黏塑性和復(fù)合材料，從航空技術(shù)領(lǐng)域擴展到土木建筑、航天、機械制造、 造船、水利工程、電子技術(shù)及原子能等。由單一物理場的求解擴展到多物理場的耦合，其應(yīng)用的深度和廣度都得到了極大地拓展 4。  有限元方法是目前解決科學(xué)和工程問題最有效的 一種 數(shù)值方法。有限元法具有極大地 靈活性 和 通用性 ；對同一種問題的有限元法，可以編制出通用的程序，應(yīng)用計算機進行計算；只要適當(dāng)加密單元的網(wǎng)格，就可以達到工程要求的精度；有限元法采用矩陣形式的表達，便于編程序，可以充分利用高速電子計算機所提供的方便 5。但是在求解一些特殊問題，特別是間斷問題時，有限元方法存在著某些固有的缺陷。針對有限元方法的不足， 1999 年，美國西北大學(xué)的 Belytschko 研究組提出 了 一種用于處理間斷問題的修正的有限元方法 -擴展有限元法，并增加了對不連續(xù)邊界的描述 6。  2.1.2 有限元的基本思想  有限元法的基本思想是先將研究對象的連續(xù)求解區(qū)域離散為一組有限個且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進行組合 ， 且單元本身又可以有不同形狀 ， 因此可以模擬成不同幾何形狀的求解小區(qū)域 ； 然后對單元 ( 小區(qū)域 ) 進行力學(xué)分析 ，  最后再整體分析。這種化整為零 ， 集零為整的方法就是有限元的基本思路 5。  有限元法的解題步 驟：  （ 1）劃分單元網(wǎng)格 ， 并按照一定的規(guī)律對單元和結(jié)點編號。根據(jù)求解區(qū)域的形狀及實際問題的物理特點 ， 將區(qū)域剖分為若干相互連接、不重疊的單元。區(qū)域單元劃分是采用有限元方法的前期準(zhǔn)備工作 ， 這部分的工作量比較大 ， 除了對計算單元和節(jié)點進行編MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   5 號并確定相互之間的關(guān)系之外 ， 還要表示節(jié)點的位置坐標(biāo) ， 同時還需要列出自然邊界和本質(zhì)邊界的節(jié)點序號及相應(yīng)的邊界值。  （ 2）選定直角坐標(biāo)系 ， 按程序要求填寫和輸入有關(guān)信息。  （ 3）使用已經(jīng)編好的程序進行上機計算。計算程序中對輸入的各種信息進行加工、運算。  （ 4）對計算成果進行整理、分析 ， 用表格或圖線示出所需的位移及應(yīng)力。在劃分單元時 ， 單元的大小 (即網(wǎng)格的疏密 )要根據(jù)精度要求和計算機的速度及容量來確定。單元分得越小 ， 計算結(jié)果越精確。所以 ， 有限元法的核心是網(wǎng)格剖分與邊界條件的確定 ， 然后是選用現(xiàn)代數(shù)學(xué)進行運算求解 ， 最后對求解結(jié)果進行分析。對于許多具體情況 ， 可使用一些建立起來的物理模型 ， 從而可使問題簡單化。  而真正在設(shè)計中 ， 目前多使用 CAD 一類的高級輔助軟件進行分析、設(shè)計 ， 以保證設(shè)計的正確性、準(zhǔn)確性及最優(yōu)化。  2.1.3有限元的優(yōu)點      （ 1）有限元法具有極大的通用性和靈活性。它不僅能成功地處 理如應(yīng)力分析中的非均質(zhì)材料、各向異性材料、非線性應(yīng)力 、  應(yīng)變關(guān)系及復(fù)雜邊界條件等難題 ， 而且隨著其理論基礎(chǔ)和方法的逐步改進和完善 ， 還成功地用來求解熱傳導(dǎo)、流體力學(xué)以及電磁場領(lǐng)域的許多問題 ， 現(xiàn)在它幾乎適用于求解所有的連續(xù)介質(zhì)及場問題。  （ 2）對同一類問題的有限元法 ， 可以編制出通用的程序 ， 應(yīng)用計算機進行計算。  （ 3）只要適當(dāng)加密單元的網(wǎng)格 ， 就可以達到工程要求的精度。  （ 4）有限元法采用矩陣形式的表達 ， 便于編程序 ， 可以充分利用高速電子計算機所提供的方便 9。  2.1.4 有限元應(yīng)用的種類  在實際的工程技術(shù)領(lǐng)域，根 據(jù)分析的目的，有限元法的應(yīng)用可以分為以下三種類型：       一、是進行靜力分析，也就是求解不隨時間變化的系統(tǒng)平衡問題。如線彈性系統(tǒng)的應(yīng)力分析，也可以在靜磁學(xué)、靜電學(xué)、穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和多孔介質(zhì)中的流體流動等的分析。       二、是模態(tài)分析和穩(wěn)定性分析。它是平衡問題的推廣。可以確定一些系統(tǒng)的特征值或臨界值，如結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析及線彈性系統(tǒng)的固有特性的確定等。  三、是進行瞬時動態(tài)分析?？梢郧蠼庖恍╇S時間變化的傳播問題，如彈性連續(xù)體的瞬時動態(tài)分析 (或稱為動力響應(yīng) )，流體動力學(xué)等。  MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   6 2.1.5有限元軟件的分析步驟 1 （ 1）明確目標(biāo)： 什么類型的分析； 怎么構(gòu)建模型； 什么單元。  （ 2）創(chuàng)建有限元模型： 創(chuàng)建或讀入幾何模型； 定義材料屬性； 劃分網(wǎng)格（節(jié)點及單元）。  （ 3）施加載荷及求解： 施加載荷及載荷選項、設(shè)定約束條件； 求解。  （ 4）查看結(jié)果： 查看分析結(jié)果； 檢驗結(jié)果（分析是否正確）。  通俗的表示就是：                                         2.2三維實體建模軟件 Solidworks簡介  SolidWorks 軟件采用了特征建模技術(shù)和設(shè)計過程的全相關(guān)技術(shù)， 是目前領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 軟件。它具有配置管理、協(xié)同工作、零件建模、裝配設(shè)計、全相關(guān)工程圖、鈑金設(shè)計、有限元分析和動態(tài)仿真等多項功能，它為廣大用戶提供了多種多樣的設(shè)計過程專用工具。對于焊件設(shè)計，可以使用直觀的布局方法來迅速獲取設(shè)計意圖。通過利用焊縫、角撐板、頂蓋和切割清單，迅速完成焊件設(shè)計。它還包含功能強大的鈑金工具，用于在折疊或展開狀態(tài)創(chuàng)建高級鈑金設(shè)計。該模塊自動應(yīng)用所有鈑金特性（如金屬厚  度、折彎半徑和折彎釋放槽），并自動完成法蘭、切口、放樣的折彎、展開、正交切除、角切除、正交處理、褶邊、  轉(zhuǎn)折等 的創(chuàng)建過程。借助  SolidWorks 軟件，用戶可以靈活地在一個文檔中創(chuàng)建零件、裝配體和工程圖的多個版本，  由此最大程度地提供重用機會。  在本課題中，研究的對象是壓力機機身，只需使用 Solidworks 中實體建模這一常用功能即可。  2.3 ANSYS軟件介紹  ANSYS 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。  前處理模塊（前處理器）提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。包括參數(shù)定義、實體建模、網(wǎng)格劃分。  分析計算模塊（求解器）包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析 、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。在次階段，我們進準(zhǔn)備工作  預(yù)處理  求解  后處理  MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   7 行分析類型定義、分析選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷選項。  后處理模塊（后處理器）可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。在 ANSYS 中后處理模塊分為通用后處理模塊（ POST1）和時間歷程后處理器（ POST26） 。   啟動 ANSYS，進入歡迎畫面以后，程序會停留在開始平臺。我們可以從開始平臺（主菜單）可以進入各處理模塊： PREP7（通用前處理模塊）， SOLUTION（求解模塊）， POST1（通用后處理模塊）， POST26（時間歷程后處理模塊）等。  2.4有限元分析軟件 ANSYS Workbench簡介  軟件接口 ，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共 ANSYS 軟件 是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用 有限元分析軟件 。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS 開發(fā)，它能與多數(shù) CAD 享和交換，如 Pro/Engineer， I DEAS， AutoCAD 等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級 CAE 工具之一。  Workbench 是 ANSYS 公司提出的協(xié) 同仿真環(huán)境，解決企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過程中 CAE 軟件 的異構(gòu)問題。面對制造業(yè)信息化大潮、 仿真軟件 的百家爭鳴雙刃劍、企業(yè)智力資產(chǎn)的保留等各種工業(yè)需求， ANSYS 公司提出的觀點是：保持 核心技術(shù) 多樣化的同時，建立協(xié)同仿真環(huán)境。  與傳統(tǒng) ANSYS 對比， Workbench 與其主要功能大致相同，有以下幾點：   1）結(jié)構(gòu)分析：用于分析結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、應(yīng)變和反力等。結(jié)構(gòu)分析包括靜力分析、動力學(xué)分析。  2）熱分析：熱分析通過模擬熱傳導(dǎo)、對流和輻射三種熱傳遞方式，已確定物體的溫度分布。可以進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析，可以進行線性和非線性分析，可以模擬材料的凝固和溶解過程。  MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   8 第三章   壓力機機身的靜態(tài)分析  3.1 機身簡介      機身是壓力機的一個基本 支撐部件，工作時要承受全部工作變形力。因此，機身的合理設(shè)計對減輕壓力機重量，提高壓力機剛度，以及減少制造工時，都具有直接的影響。機身分為兩大類：即開式機身和閉式機身。機身結(jié)構(gòu)分為鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種。我研究的 MT200 型壓力機是閉式的。框架形結(jié)構(gòu)床身剛性好，所承受的載荷大而均勻 。   公   稱  壓  力 :  200KN；  標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù) : 12501250；  機身材料是 Q235A，密度 3/7800 mkg ；  許用角變形 980 微?。? 動載荷系數(shù)： 1.2（由于設(shè)備在使用中載荷會隨時間有一定的變化）。              圖 3.1  MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)簡圖   MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   9 3.2機身有限元分析  3.2.1制定方案  1.在 Soildworks 里畫出 MT200 壓力機的三維模型再導(dǎo)入 ANSYS 軟件中 15。  2.選擇塊單元。  3.對單元進行網(wǎng)格劃分，遵循 “均勻應(yīng)力區(qū)粗劃，應(yīng)力梯度大的區(qū)域細劃 ”的原則 16。  4.對壓力機進行加載：設(shè)備在工作時承受兩個相反方向的載荷，機身所受載荷簡化為對機身的兩個方向的均勻載荷。  5.約束條件 ：壓力機通過地腳螺栓與地基項鏈部分的 6 自由度全約束 17。  6.施加材料特性：機身材料是 Q235A，密度 3/7800 mkg  7.對壓力機進行應(yīng)力場分析 18。  8.分析壓力機在加載情況下機身受力垂直變形以及角變形。  9.對機身結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)靜態(tài)優(yōu)化。機身的優(yōu)化原則是：通過改變機身結(jié)構(gòu)，應(yīng)用 ANSYS計算出機身最大應(yīng)力和垂直變形，以許用應(yīng)力和原有的變形為約束，優(yōu)化的目標(biāo)是選擇合適的機身焊接結(jié)構(gòu)與鋼板厚度，盡量減輕機身的重量 19。  10.對 壓力機進行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和固有振型，檢驗這些模態(tài)參數(shù)是否符合模態(tài)參數(shù)準(zhǔn)則 20。   3.3有限元模型的建立  有限元模型的生成是有限元分析的第一步，模型生成的目的是建立能夠真實反映實際工程原型行為特征的數(shù)學(xué)模型。由于圖形比較復(fù)雜，不適合在 ANSYS 中建模。我選擇在 SolidWorks 里建模但還需簡化，對于明顯不會影響機身的整體強度、剛度的部位，如螺釘孔、銷孔、圓角等予以簡化，因為壓力機的變形主要集中在喉口部位，不會影響影響分析結(jié)果。然后把 SolidWorks 里的圖保存，再導(dǎo)入 ANSYS 中，實現(xiàn) 壓力機限元模型。   MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   10  圖 3.2  MT200 壓力機機身的有限元模型  3.3.1單元類型的選擇  該機身是  Q235 鑄造的整體結(jié)構(gòu)，形狀不規(guī)則，可采用六面體單元劃分，本文在  ANSYS 中計算時采用的是六面體單元  SOLID95，此單元能夠容許不規(guī)則形狀，并且不會降低精確性，特別適合邊界為曲線的模型；同時，其偏移形狀的兼容性好，有  20 個節(jié)點定義，每個節(jié)點有 3 個自由度， (X， Y， Z 方向 )，此單元在空間的方位任意，本單元具有塑性、蠕變、輻射膨脹、應(yīng)力剛度、  大變形以及大應(yīng)變的能力，提供不同的輸出項。  3.3.2單元網(wǎng)格的劃分  單元的劃分應(yīng)遵循 “均勻應(yīng)力區(qū)粗劃，應(yīng)力梯度大的區(qū)域細劃 ”的原則 18-20，具體到本機身上，網(wǎng)格應(yīng)細劃的位置是：喉口圓角處部位；而網(wǎng)格應(yīng)粗劃的位置是：前后側(cè)板的絕大部分及兩側(cè)板間的連接筋板等部位。一般來說，單元劃分的越細計算精度就越高，但單元劃分存在一條收斂曲線，過細對計算的精度貢獻不大，同時造成計算量的陡增。過細有時還會產(chǎn)生計算精度的漂移與誤差。本文在用  ANSYS 計算時劃分單元時，采用的單元大小為  60mm，細劃部位采用的單元大小為  30mm，經(jīng)過劃分單元后，共有 232028個節(jié) 點， 127622 個單元。  MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   11  圖 3.3 機身的網(wǎng)格劃分圖  3.3.3邊界條件的施加  機身靜態(tài)分析的邊界條件包括兩個方面：載荷的施加和邊界約束。  1）載荷的施加  本設(shè)備的公稱壓力是  200KN，但由于實際應(yīng)用中設(shè)備受到的載荷會隨時間有一定的變化，故應(yīng)在靜載荷上乘以一個動載荷系數(shù) 1.20，即實際受到的載荷數(shù)應(yīng)當(dāng)是 240KN，由于在 ANSYS 軟件分析時所施加的是壓強，所以具體壓強值應(yīng)為載荷除以受力面積。分析其應(yīng)力和變形時，取其公稱壓力為機身的外載荷。設(shè)備在工作時承受兩個方向的載荷，一個是作用在支撐板上，方向向上 ；另一個是作用在工作臺上，方向向下。兩者大小相等，方向相反，且都以均布載荷的形式作用于面上。  3.3.4 邊界約束條件  機身靜態(tài)分析的邊界條件包括兩個方面：載荷的施加和邊界約束。  1）載荷的施加  本設(shè)備的公稱壓力是  200KN，但由于實際應(yīng)用中設(shè)備受到的載荷會隨時間有一定的變化，故應(yīng)在靜載荷上乘以一個動載荷系數(shù) 1.20，即實際受到的載荷數(shù)應(yīng)當(dāng)是 240KN，由于在 ANSYS 軟件分析時所施加的是壓強，所以具體壓強值應(yīng)為載荷除以受力面積。分析其應(yīng)力和變形時，取其公稱壓力為機身的外載荷。設(shè)備在工作時承受兩個方向的載MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   12 荷，一個是作用在支撐板上，方向向上；另一個是作用在工作臺上，方向向下。兩者大小相等，方向相反，且都以均布載荷的形式作用于面上。  2）邊界約束條件  MT200 壓力機機座的邊界約束條件是通過地腳螺釘與基礎(chǔ)相連的全約束，故將前面和后面的各個與地面接觸的底板都使用  6 自由度全部位移予以約束，由于機身的重量達  6000 多公斤，因此考慮機身的自重，考慮重力或離心力是通過施加相應(yīng)的加速度來定義的，由于慣性力和加速度的方向剛好相反，因此對于此圖而言應(yīng)施加向上的重力加速度9.8。  3.3.5材料特性的施加  機身為 Q235 鋼的板材焊接結(jié)構(gòu)，在工作時其變形是彈性變形。材料特性常數(shù)包括：彈性模量、泊松比、密度，根據(jù)機械設(shè)計手冊， Q235 鋼的彈性模量 E 為 206.76 GPa ，泊松比 為 0.27 0.3 ，本文取 PaE 11100.2 ， 3.0 ，  Q235 鋼的密度取3/7800 mkg 。  3.4 計算結(jié)果分析  3.4.1機身的應(yīng)力 和 變 行  （ 1）機身材料為低碳鋼，結(jié)構(gòu)的破壞形式一般為塑性屈服，所以在強度分析中采用第三強度理論或第四強度理論。但是第三強度理論未考慮主應(yīng)力3影響，它可以較好的表現(xiàn)塑性材料塑性屈服現(xiàn)象，只適用于拉伸屈服極限和壓縮屈服極限相同的材料。  而第四強度理論考慮了主應(yīng)力 2 的影響，且和實驗較符合，它與第三強度理論比較更接近實際情況。因而在強度評價中通常采用第四強度理論導(dǎo)出的等效應(yīng)力（又稱 Von Mises 等效應(yīng)力）來評價 20-21。  第四強度的含義就是：在任何應(yīng)力狀態(tài)下，材料不發(fā)生破壞的條件是： 許用應(yīng)力  ，   安全系數(shù)s  而 s  = )()()(21 213232221  其中： 1 ， 2  ， 3 第一，第二，第三主應(yīng)力。  MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   13 由前可知，機身材料為 Q235， MPas 235 考 慮 到 疲 勞 修 正 系 數(shù) 和 疲 勞 修 正 系 數(shù) 安 全 系 數(shù) ， 故 安 全 系 數(shù) 取  1.47 ，則 安全系數(shù)/ =235/1.47=160MPa ，而我們所要的應(yīng)力要求是： MPa160 。  （ 2）機身變形要求 : mmxx 1 mmyy 1 mmzz 1 。  3.4.2 應(yīng)力圖形顯示  （單位： MPa， 以下單位相同 ）  本文 采用第四 強度理論，只要給出 Von-Mises 應(yīng)力圖即可。  1）應(yīng)力等值線圖   圖 3.5  Von Mises 應(yīng)力 等值 云圖   從該圖可以看出，機身應(yīng)力的最大值為 49.577MPa，小于 160MPa，且機身，特別 是支撐板 處有一定形變，需要對其進行優(yōu)化。         MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   14     2）喉口應(yīng)力圖    圖 3.6 喉口 Von Mises 應(yīng)力云圖  3.4.3機身變形圖 （單位： mm， 以下單位相同 ）   為了更好的說明問題，先對機身的坐標(biāo)系做一下解釋。如圖 2-6 中所示，沿豎直方向為  Y 向，左右方向為  X 向，垂直紙面的方向為  Z 向。圖中的虛線是機身原始狀態(tài)，實體則顯示了變形后的狀態(tài)。由于液壓機體積較大，而幾毫米的變形量在實際中是看不出來的，為了方便查看變形效果，圖中顯示的變形是  ANSYS 軟件的夸張顯示 22-24。         MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   15 1） 機身總變形圖   圖 3.7 機身總變形圖  2 )X 方向變形圖    圖 3.8  X 方向變形圖     MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   16 3) Y 方向變形圖    圖 3.9  Y 方向變形圖   4） Z 方向變形圖    圖 3.10  Z 方向變形圖  MT200 壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計   17 3.4.4