MC80型雙主機(jī)大梁沖機(jī)身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)【優(yōu)秀】

   本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)               畢業(yè)設(shè)計(jì)題目   MC80 型雙主機(jī)大梁沖機(jī)身結(jié)構(gòu)                                                    有限元分析及優(yōu)化 設(shè)計(jì)                                        學(xué)  生  姓  名                                                                 專(zhuān)       業(yè)                                                         班       級(jí)                                                                                       指  導(dǎo)  教  師                                                     完  成  日  期                                                     畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前期工作材料   學(xué) 生姓名：                   學(xué)號(hào)：                              系     部：                                                    專(zhuān)     業(yè)：                                                         設(shè)計(jì)（論文）題目：  MC80 型雙主機(jī)大梁沖機(jī)身結(jié)構(gòu)                                                    有限元分析 及優(yōu)化設(shè)計(jì)                                指導(dǎo)老師：                                                     材   料   目   錄  序號(hào)  名           稱(chēng)  數(shù)量  備注  1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表  1  2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)  1  3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)習(xí)調(diào)研報(bào)告  1  4 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告（含文獻(xiàn)綜述）  1  5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯（含原文）  1  6 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表  1                                                           年   月   日     畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表  學(xué)  院    選  題  教  師  姓名    專(zhuān)  業(yè)      專(zhuān)業(yè)技術(shù) 職務(wù)    申報(bào)課題名稱(chēng)  MC80型 雙主機(jī)大梁沖機(jī)身 結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)  課題性質(zhì)              課題來(lái)源  A B C D            課題簡(jiǎn)介  本課題來(lái)源于江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司。 MC80 型 壓力機(jī)是該公司根據(jù)市場(chǎng)需求而開(kāi)發(fā)研制的產(chǎn)品。 要求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì) MC80 型 壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過(guò)本課題的研究 ,為提高壓力機(jī)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(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。  本課題的目的在于鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程中的實(shí)際問(wèn)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(jì)過(guò)程中使用計(jì)算機(jī)的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫(xiě)論文的能力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。  通過(guò)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(chǎng)的分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。  設(shè)計(jì)（論文）  要    求  （包括應(yīng)具備的條件）  技術(shù)要求：  （ 1）  要求校核 MC80型 雙主機(jī)大梁沖機(jī)身在承載條件下的剛度和強(qiáng)度；  （ 2）  要求在保證壓力機(jī)強(qiáng)度和剛度的條件下對(duì)壓力機(jī)主要部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；  （ 3）  分析壓力機(jī)的模態(tài)，并對(duì)壓力機(jī)的工作狀況進(jìn)行評(píng)估。  具備條件 ：  (1) 機(jī)房提供學(xué)生完成課題所需計(jì)算機(jī)和有限元分析軟件 ANASY；  (2) 揚(yáng)州大學(xué)圖書(shū)館提供學(xué)生所需資料。  課題預(yù)計(jì)  工作量大小  大  適中  小  課題預(yù)計(jì)  難易程度  難  一般  易         所在專(zhuān)業(yè)審定 意見(jiàn)：    負(fù)責(zé)人（簽名）：  年     月    日  院主管領(lǐng)導(dǎo)意見(jiàn)：                                               簽名：            年     月     日     畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)     系     部：                                                 專(zhuān)     業(yè)：                                                         學(xué)生姓名：                  學(xué)號(hào)：                                 畢業(yè)（論文）題目：   MC80 型 雙主機(jī)大梁沖機(jī)身 結(jié)構(gòu)                     有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)                     起    迄   日   期：                                     設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)：                                            指   導(dǎo)    老   師：                                                                                  專(zhuān)  業(yè)  負(fù)  責(zé)   人：                                                                                     發(fā)任務(wù)書(shū)日期：                              畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)  1、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：   本課題來(lái)源于江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司。 MC80 型 壓力機(jī)是該公司根 據(jù)市場(chǎng)需求而開(kāi)發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì) MC80 型 壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過(guò)本課題的研究 ,為提高壓力機(jī)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(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。  本課題的目的在于鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程中的實(shí)際問(wèn)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(jì)過(guò)程中使用計(jì)算機(jī)的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫(xiě)論文的能力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。  通過(guò)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(chǎng)的分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。   2、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(yùn)用有限元分析軟件 ANSYS對(duì) MC80 型 壓力機(jī) 進(jìn)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(jì)。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機(jī)機(jī)身部件的強(qiáng)度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。模態(tài)分析可以求出機(jī)身振動(dòng)的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對(duì)液壓機(jī)工作狀態(tài)的影響。這對(duì)于了解液壓機(jī)現(xiàn)有 結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進(jìn)而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為液壓機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有：  （ 1）  對(duì) MC80 型 壓力機(jī)機(jī)身 進(jìn)行三維實(shí)體建模 ；  （ 2）  了解 MC80 型 壓力機(jī) 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對(duì)其進(jìn)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(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機(jī)身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評(píng)價(jià)載荷對(duì)壓力機(jī)工作性能的影響；  （ 4）  對(duì) 機(jī)身 模型進(jìn)行 自由 模態(tài)分析，求解 機(jī)身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作狀況的影響。 （這項(xiàng)選做 ） ；  （ 5）  根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險(xiǎn)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(dá)到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)進(jìn)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(hào) :  MC80；  公   稱(chēng)  壓  力 :  800KN；  標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù) :  225mm 行程  100次 /分；  機(jī)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(jiàn)圖紙。  2.3 技術(shù)要求  （ 4）  要求校核 MC80 型 壓力 機(jī)在承載條件下的剛度和強(qiáng)度。  （ 5）  要求在保證壓力機(jī)強(qiáng)度和剛度的條件下對(duì)壓力機(jī)主要部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。  （ 3）   分析壓力機(jī)的模態(tài)，并對(duì)壓力機(jī)的工作狀況進(jìn)行評(píng)估。  2.4 工作要求  （ 1）  在深刻領(lǐng)會(huì)任務(wù)內(nèi)容及要求的基礎(chǔ)上，查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料。（ 20 篇以上，除了教師已列出的文獻(xiàn)），通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料認(rèn)真研究原始材料，寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告；  （ 2）  進(jìn)行理論學(xué)習(xí)、上機(jī)操作、數(shù)據(jù)處理、分析總結(jié)、整理資料，完成與任務(wù)書(shū)要求相應(yīng)的工作，并撰寫(xiě)成畢業(yè)論文，獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)工作；  （ 3）  畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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(xiàn)和附錄組成，中文摘要在 400漢字左右，外文摘要在 250 個(gè)實(shí)詞左右，中文題名字?jǐn)?shù)一般不超過(guò) 20個(gè)，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、論文或軟件說(shuō)明書(shū)的總字?jǐn)?shù)在 1.5 2萬(wàn)漢字；  （ 4）  完成英譯中資料一份；  （ 5）  畢業(yè)設(shè)計(jì)必須按時(shí)按量在規(guī)定的地點(diǎn)認(rèn)真完成。          畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)  3、對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、  圖表、實(shí)物樣品等）：  （ 1） 完成實(shí)習(xí)調(diào)研報(bào)告一份；  （ 2） 完成開(kāi)題報(bào)告一份；  （ 3） 完成按本任務(wù)書(shū)第二項(xiàng)內(nèi)容所述要求撰寫(xiě)研究論文 一篇 ，篇幅不少于 2萬(wàn)字；。  （ 4） 完成英譯中資料一份， 不少于 5000字符 。  4、主要參考文獻(xiàn)：  1 梁森 .開(kāi)式數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)機(jī)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(jī)械系， 2001. 2 雷小寶 .新型數(shù)字化壓力機(jī)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(kāi)式壓力機(jī)機(jī)身的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) D:碩士學(xué)位論文 .南京：東   南大學(xué)， 2004. 4 周平 .新型壓力機(jī)機(jī)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(qiáng) , 邵飛 .結(jié) 構(gòu)分析有限元原理及 ANSYS 實(shí)現(xiàn) . 北京 : 國(guó)防工業(yè)出社 . 6 高耀東 , 郭嘉平 .ANSYS 機(jī)械工程應(yīng)用 25 例 . 7 劉茜，董正身，基于 ANSYS 的 C 型液壓機(jī)機(jī)身有限元分析，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006， 1001-3997 8 劉強(qiáng)，付文智，李明哲 .三梁四柱式多點(diǎn)成形壓力機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì) .塑性工程學(xué)報(bào) .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(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 J. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào) , 2005, 4:   46-48 13 尚曉江 , 邱峰 .ANSYS 結(jié)構(gòu)有限元高級(jí)分析方法與范例應(yīng)用，北京 :中國(guó)水利水電出版社 ,2008 14 王文玷，田保杰   科技論文寫(xiě)作與發(fā)表   北京：國(guó)防工業(yè)出版社 . 15 尚曉江等 . ANSYS 結(jié)構(gòu)有限元高級(jí)分析方法與范例應(yīng)用 .中國(guó)水利水電出版社 .2006.1 16 章?tīng)?zhēng)榮，孫友松等，開(kāi)式數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)及其對(duì)剛度的影響，鍛壓機(jī)械， 2001， 3 17 鐘志華，周彥偉 . 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 .武漢 理工大學(xué)出版社 .2001.8. 18 雷小燕 .有限元法 .中國(guó)鐵道出版社 .2000.10 19 龔曙光 .ANSYS 基礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析 .機(jī)械工業(yè)出版社 .2003.1          畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)  5、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃  起止日期  工  作  內(nèi)  容   第 1-2 周：   第 3-4 周：  第 5-7 周：   第 8-11 周：   第 12 13 周：   第 14-15 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(shí)習(xí)，并完成實(shí)習(xí)報(bào)告；  調(diào)查研究、分析課題，提交開(kāi)題報(bào)告；  有限元軟件（ ANSYS）操作練習(xí)；  對(duì)壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行有限元建模研究；  結(jié)構(gòu)分析，有限元計(jì)算，數(shù)據(jù)處理；  給出優(yōu)化方案及分析結(jié)果  。  撰寫(xiě)畢業(yè)論文  。  對(duì)所做工作進(jìn)行總結(jié)、分析、做 PPT,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯   。   所在專(zhuān)業(yè)審核意見(jiàn)：     負(fù)責(zé)人：                 年      月      日   學(xué)院意見(jiàn)：        院長(zhǎng)：    年    月    日     實(shí)習(xí)調(diào)查報(bào)告  參觀揚(yáng)力集團(tuán)壓力機(jī)    今天下午我們來(lái)到揚(yáng)州揚(yáng)力集團(tuán)參觀實(shí)習(xí)，主要是通過(guò)參觀聽(tīng)講解來(lái)了解壓力機(jī)的基本原理構(gòu)造。 江蘇揚(yáng)力集團(tuán)位于江蘇省揚(yáng)州市邗江區(qū)霍橋鎮(zhèn) ，創(chuàng)建于 1954年，是一家長(zhǎng)期致力于鍛壓機(jī)械與數(shù)控機(jī)床的研制、生產(chǎn)與銷(xiāo)售的企業(yè)集團(tuán)，集團(tuán)是以江蘇揚(yáng)力鍛壓機(jī)床有限公司為母公司成立的，其控股子公司為：江蘇富力數(shù)控機(jī)床有限公司、江蘇國(guó)力鍛壓機(jī)床有限公司、江蘇揚(yáng)力鑄鍛有限公司、江蘇揚(yáng)力堅(jiān)城鍛壓機(jī)床有限公司、江蘇揚(yáng)力模具有限公司等 5 家中外合資、股份公司、全資公司。目前揚(yáng)力集團(tuán)已成為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)壓力機(jī)數(shù)量最大、品種最多、規(guī)格最全的企業(yè)，中國(guó)鍛壓機(jī)床行業(yè)的龍頭企業(yè)，現(xiàn)價(jià)工業(yè)總產(chǎn)值和銷(xiāo)售量在全國(guó)鍛壓行業(yè)排名第一， 2008年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值 17.5 億元。 機(jī)械壓力機(jī)是用曲柄連桿或肘桿機(jī) 構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的鍛壓機(jī)械，用于對(duì)材料進(jìn)行壓力加工的機(jī)床，通過(guò)對(duì)坯件施加強(qiáng)大的壓力使其發(fā)生變形和斷裂來(lái)加工成零件。工作平穩(wěn)、工作精度高、操作條件好、生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，適于在自動(dòng)線上工作，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、船舶等工業(yè)機(jī)械壓力機(jī)。中國(guó)國(guó)產(chǎn)的第 1臺(tái)機(jī)械壓力機(jī)于 1955年 12月在濟(jì)南第二機(jī)床廠制造成功 。壓力機(jī)的工作原理： 機(jī)械壓力機(jī)工作時(shí) (圖 2), 由電動(dòng)機(jī)通過(guò)三角皮帶驅(qū)動(dòng)大皮帶輪（通常兼作 飛輪 ） ,經(jīng)過(guò)齒輪副和 離合器 帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) ,使滑塊和凸模直線下行。鍛壓工作完成后滑塊回程上行 ,離合器自動(dòng) 脫開(kāi)，同時(shí)曲柄軸上的制動(dòng)器接通，使滑塊停止在上止點(diǎn)附近 。    機(jī)械壓力機(jī)  每個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)稱(chēng)為一個(gè) “ 點(diǎn) ” 。最簡(jiǎn)單的機(jī)械壓力機(jī)采用單點(diǎn)式，即只有一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。有的大工作面機(jī)械壓力機(jī)，為使滑塊底面受力均勻和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)而采用雙點(diǎn)或四點(diǎn)的。    機(jī)械壓力機(jī)的 載荷 是沖擊性的，即在一個(gè)工作周期內(nèi)鍛壓工作的時(shí)間很短。短時(shí)的最大功率比平均功率大十幾倍以上，因此在傳動(dòng)系統(tǒng)中都設(shè)置有飛輪。按平均功率選用的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速，積蓄動(dòng)能。凸模接觸坯料開(kāi)始鍛壓工作后，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率小于載荷，轉(zhuǎn)速降低，飛輪釋放出積蓄的動(dòng)能進(jìn)行補(bǔ)償。鍛壓工作完成后，飛輪再次加速積蓄動(dòng)能，以備下次使用。  機(jī)械壓力機(jī)上的 離合器 與 制動(dòng)器 之間設(shè)有機(jī)械或電氣連鎖 ,以保證離合器接合前制動(dòng)器一定松開(kāi) ,制動(dòng)器制動(dòng)前離合器一定脫開(kāi)。機(jī)械壓力機(jī)的操作分為連續(xù)、單次行程和寸動(dòng)（微動(dòng)），大多數(shù)是通過(guò)控制離合器和制動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；瑝K的行程長(zhǎng)度不變，但其底面與工作臺(tái)面之間的距離（稱(chēng)為封密高度），可以通過(guò)螺桿調(diào)節(jié)。  生產(chǎn)中，有可能發(fā)生超過(guò)壓力機(jī)公稱(chēng)工作力的現(xiàn)象。為保證設(shè)備安全，常在壓力機(jī)上裝設(shè)過(guò)載保護(hù)裝置。為了保證操作 者人身安全，壓力機(jī)上面裝有光電式或雙手操作式人身保護(hù)裝置。  對(duì)于即將走向社會(huì)的畢業(yè)生，我越來(lái)越覺(jué)得自己身上的擔(dān)子在加重，是時(shí)候該去發(fā)揮一下自己的能量了，眾所周知， 在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天 ,機(jī)械制造自動(dòng)化在我國(guó)的生產(chǎn)行業(yè)中占有著重要的地位。機(jī)械自動(dòng)化主要是指在進(jìn)行生產(chǎn)加工中所用到的機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)工作 ,從而實(shí)現(xiàn)脫離操作工人進(jìn)行加速生產(chǎn)資料的投入、加工速度提高的連續(xù)高強(qiáng)度的工作。在工業(yè)中說(shuō)到機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展就是說(shuō)對(duì)整體的機(jī)械技術(shù)的改造、更新、升級(jí)所進(jìn)行的主要手段。科學(xué)技術(shù)的發(fā)明是由于在實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)不斷的運(yùn)用、創(chuàng)新、實(shí) 踐所得來(lái)的。所以我們應(yīng)該對(duì)于科學(xué)技術(shù)的研究進(jìn)行大力度的投入 ,使得機(jī)械自動(dòng)化在將來(lái)能夠發(fā)展的更加完善。從而是我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)得到長(zhǎng)足的發(fā)展進(jìn)步。 對(duì)于我自己來(lái)說(shuō)，在大學(xué)里學(xué)到的偏理論較多，不太注重實(shí)踐，因此，去了工廠后還需要堅(jiān)持不懈的學(xué)習(xí)，只有自己掌握到了精髓，才能為自己，為企業(yè)，大到為國(guó)家做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)！       廣陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告      學(xué)  生  姓  名：                 學(xué)號(hào)：                                  專(zhuān)        業(yè)：                                                                        設(shè)計(jì)（論文）題目：              MC80 型雙主機(jī)大梁沖機(jī)身結(jié)構(gòu)                                     有 限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)                          指  導(dǎo)  老  師：                                                                               年   月    日     畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告  1、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě) 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：  文  獻(xiàn)  綜  述  1.1壓力機(jī)綜述  裝備制造業(yè)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)提供生產(chǎn)技術(shù)裝備的制造業(yè) ,是制造業(yè)的核心組成部分 ,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展特別是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。在裝備制造業(yè)中 ,鍛壓制造是目前全世界應(yīng)用最為廣泛的制造方法之一。而在鍛壓機(jī)械中 ,機(jī)械壓力機(jī)又占有很大的比重。眾所周知 ,由于采用現(xiàn)代化的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有生產(chǎn)效率高 ,材料利用率高和改善了制件的內(nèi)部組織及力學(xué)性能 ,質(zhì)量 好 ,能量省和成本低的優(yōu)點(diǎn)。所以 ,工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家越來(lái)越多地采用鍛壓工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削工藝和其他工藝。幾十年來(lái) ,機(jī)械壓力機(jī)廣泛應(yīng)用于沖裁 ,落料 ,彎曲 ,折邊 ,拉伸及其他冷沖壓工序 ,是汽車(chē) ,摩托車(chē) ,家用電器 ,儀器儀表 ,輕工 ,國(guó)防工業(yè) ,化工容器 ,電子等行業(yè)必備的關(guān)鍵設(shè)備。伴隨著工業(yè)的發(fā)展 ,壓力機(jī)的種類(lèi)和數(shù)量越來(lái)越多 ,質(zhì)量要求越來(lái)越大 ,能力越來(lái)越大 ,它在制造業(yè)和其它相關(guān)行業(yè)中的作用日趨顯著 1。  機(jī)械壓力機(jī) 2是用曲柄連桿或肘桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的鍛壓機(jī)械 ,用于對(duì)材料進(jìn)行壓力加工的機(jī)床 ,通過(guò)對(duì)坯件施加強(qiáng)大 的壓力使其發(fā)生變形和斷裂來(lái)加工成零件。工作平穩(wěn)、工作精度高、操作條件好、生產(chǎn)率高 ,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化 ,適于在自動(dòng)線上工作 ,廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、船舶等工業(yè)機(jī)械壓力機(jī)。  最初的機(jī)械壓力機(jī)的鍛壓操作是通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 3來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ,即將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng) ,從而對(duì)零件進(jìn)行加工 , 機(jī)械壓力機(jī)在一個(gè)工作周期內(nèi)鍛壓操作集中于很短的時(shí)間內(nèi) ,即所說(shuō)的具有沖擊性的載荷 ,這也是工件塑形變形的高峰負(fù)荷區(qū)域。在這段很短的時(shí)間內(nèi) ,最大功率要比平均功率大十幾倍以上。為了實(shí)現(xiàn)這種效果 ,必須在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置飛輪來(lái)為實(shí)現(xiàn)這 巨大的瞬時(shí)功率提供動(dòng)能。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)型的機(jī)械壓力機(jī)隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展 ,呈現(xiàn)出很大局限性，這樣多連桿驅(qū)動(dòng)這一概念  就應(yīng)運(yùn)而生了。早在上世紀(jì)  20 年代 ,它就第一次在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的該技術(shù)被為 “ 專(zhuān)利快返  壓機(jī)驅(qū)動(dòng) ” 技術(shù)。 1950 年德 國(guó) BLISS-MECHEAL 公司制造的稱(chēng)為 “ 均勻行程 ” 的壓機(jī)被介紹為 “ 可以提供比較慢的拉深速度、較快的上行程 ,從而提高生產(chǎn)率的壓力機(jī) ” 。傳統(tǒng)曲柄滑塊機(jī)械壓力機(jī)具有在上下模時(shí)沖擊速度過(guò)高、滑塊速度遞減過(guò)快、公稱(chēng)壓力不能及時(shí)完全達(dá)到導(dǎo)致無(wú)法拉深較深的零件等缺陷 ,而多連桿壓力機(jī)克服了這些缺陷使 其具有理想的運(yùn)動(dòng)曲線 ,更加適合于沖壓生產(chǎn)。機(jī)械多連桿壓力機(jī)的具有以下優(yōu)點(diǎn) 4為 :若機(jī)構(gòu)只設(shè)計(jì)很小的偏心距 ,也能夠達(dá)到相對(duì)比較大的沖壓滑塊的行程 ,更好地滿足沖壓工藝和機(jī)器自動(dòng)上料下料的需要 ； 可以實(shí)現(xiàn)較大的拉深深度。在允許的條件下 ,機(jī)械多連桿壓力機(jī)拉深深度可達(dá)  320mm,而一般曲柄壓力機(jī)只有 70mm 左右 ； 成形過(guò)程速度低且均勻 ,而空程運(yùn)行時(shí)速度快 ,因此生產(chǎn)率高 ； 可以有效地減小工作過(guò)程中沖壓滑塊中對(duì)沖壓模具的沖擊 ,以提高模具的使用壽命 ,也就提高了成形零件的質(zhì)量 29。  多連桿機(jī)械壓力機(jī)理論上可以通過(guò) 設(shè)計(jì)和改造傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)的沖壓工藝曲線 ,因此對(duì)多連桿壓力機(jī)而言 ,滿足用戶工藝曲線要求的多連桿桿系設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化是技術(shù)核心 ,也是難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)機(jī)械多連桿壓力機(jī)進(jìn)行大量的研究。  多連桿壓力機(jī)尤其是大型重載多連桿壓力機(jī)是機(jī)械壓力機(jī)技術(shù)發(fā)達(dá)程度的最新體現(xiàn)。國(guó)外許多著名的壓力機(jī)生產(chǎn)商 ,如日本的小松制作所 (KOMATSU)、會(huì)田 (AIDA)、德國(guó)米勒萬(wàn)家頓 (Mller WeingartenAG)等均研制開(kāi)發(fā)了多種型號(hào)的機(jī)械多連桿壓力機(jī) ,其產(chǎn)品代表當(dāng)今機(jī)械多連桿壓力機(jī)的最先進(jìn)水平。自上世紀(jì)八十年代 以來(lái) ,我國(guó)的一些企業(yè)先后引進(jìn)了日本小松制作所的機(jī)械壓力機(jī)、德國(guó)埃爾富特公司的機(jī)械多連桿壓力機(jī)、德國(guó)舒勒公司的高速精密壓力機(jī)等多種壓力機(jī)產(chǎn)品技術(shù) ,使我國(guó)沖壓裝備在結(jié)構(gòu)、精度、技術(shù)性能方面有很大提高。但是 ,國(guó)內(nèi)多連桿壓力機(jī)主要依靠進(jìn)口技術(shù) ,缺乏自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)能力 ,這致使中國(guó)在這一領(lǐng)域始終處于落后的地位。目前 ,國(guó)內(nèi)主要有中國(guó)第一重型機(jī)械廠、濟(jì)南二機(jī)床、齊二機(jī)床公司、上海鍛壓機(jī)床廠等廠家研發(fā)生產(chǎn)大型機(jī)械壓力機(jī) ,這也代表了中國(guó)大型機(jī)械壓力機(jī)生產(chǎn)制造的最高水平。但由于設(shè)計(jì)制造水平、工藝水平及加工機(jī)床能力和精度的限制 ,與國(guó) 際先進(jìn)水平相比仍存在差距。同時(shí)受?chē)?guó)外廠商技術(shù)保護(hù)的影響 ,中國(guó)引進(jìn)的技術(shù)只是在國(guó)際上已較為落后的機(jī)型及圖紙、規(guī)格等 ,而且要價(jià)高昂 ,外方還不提供設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段。 Hsieh 等 5利用增廣拉格朗日法對(duì)瓦特鏈六連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械壓力機(jī)進(jìn)行尺度優(yōu)化設(shè)計(jì) ,使其沖壓滑塊具有均勻的速度、穩(wěn)定的機(jī)械增益比、快速回程特性和較小的滑軌側(cè)向力 ,更適合用于板料拉延工藝。 Tso 等  6提出由齒輪五連桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊四桿機(jī)構(gòu)組成的九連桿機(jī)構(gòu) ,為得到較好的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性 ,運(yùn)用試錯(cuò)法進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的尺度綜合研究 ,但九桿連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 變量較多 ,結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,給優(yōu)化帶來(lái)一定難度。趙升噸等 7-8在分析通用機(jī)械壓力機(jī)曲柄連桿滑塊工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性存在不足的基礎(chǔ)上 ,提出研制一種具有低速鍛沖急回特性的新機(jī)構(gòu)。分析目前常見(jiàn)的低速鍛沖急回機(jī)構(gòu) 負(fù)偏置機(jī)構(gòu)、連桿曲線型六桿機(jī)構(gòu)、齒輪連桿組合機(jī)構(gòu)、橢圓齒輪機(jī)構(gòu)和雙曲柄串連構(gòu)等的運(yùn)動(dòng)特性、優(yōu)缺點(diǎn)及其適用場(chǎng)合。通過(guò)對(duì)斯蒂芬森六連桿機(jī)構(gòu)滑塊產(chǎn)生低速運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析 ,指出機(jī)械壓力機(jī)滑塊能否產(chǎn)生低速運(yùn)動(dòng)主要是由連桿曲線是否具有低速運(yùn)動(dòng)段所決定的。并采用遺傳優(yōu)化算法對(duì)雙曲柄串聯(lián)機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。何予鵬等 9設(shè)計(jì)一種 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) .該傳動(dòng)系統(tǒng)主要由差動(dòng)輪系、行星輪系和  2 個(gè)普通電機(jī)組成 ,通過(guò)控制  2 個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止 ,使得機(jī)械壓力機(jī)滑塊得到  2 種不同的工作速度 ,從而既保證滑塊的工作效率 ,又大大降低滑塊鍛沖時(shí)的工作速度。 Hsieh 等 10提出將十字滑塊聯(lián)軸器應(yīng)用在瓦特型多連桿壓機(jī)中 ,通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和計(jì)算仿真 ,認(rèn)為該設(shè)計(jì)具有很好的輸出運(yùn)動(dòng)特性。 Ham 等 11則設(shè)計(jì)一種曲柄弧線導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的多連桿壓力機(jī) ,并將該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與其他壓力機(jī)多連桿機(jī)構(gòu) (曲柄連桿和直線導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) )的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能和負(fù)荷能力進(jìn)行分析和 對(duì)比。 Mundo 等 12以提高機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)性能為目的將凸輪引進(jìn)連桿機(jī)構(gòu)并進(jìn)行平面凸輪連桿機(jī)構(gòu)的型綜合研究 ,經(jīng)過(guò)兩步型綜合優(yōu)化法 ,得到適用于深拉伸和精壓的連桿構(gòu)型。 Doege 等 13-14利用非圓齒輪的運(yùn)動(dòng)特性以獲得不同的沖壓滑塊運(yùn)動(dòng)特性 ,滿足不同的沖壓工藝需要。 Chiou 等 13是以減小壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)力和擺動(dòng)力矩為目標(biāo) ,通過(guò)盤(pán)式配重法進(jìn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力平衡綜合 ,多目標(biāo)優(yōu)化平衡。 Neumann 等 15使用三個(gè)不同復(fù)雜程度的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真對(duì)單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)偏心式機(jī)械壓力機(jī)的動(dòng)態(tài)性能如 :工作精度 、沖壓滑塊的傾斜度、機(jī)座的彈性變形、不同軸承間隙配合對(duì)摩擦損耗的影響等進(jìn)行研究 ,并得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證 28。  1.2有限元的發(fā)展  有限元法 (Finite Element Method,FEM),是計(jì)算力學(xué)中的一種重要的方法 ,它是 20世紀(jì) 50 年代末 60 年代初興起的應(yīng)用數(shù)學(xué)、現(xiàn)代力學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)相互滲透、綜合利用的邊緣科學(xué)。有限元法最初應(yīng)用在工程科學(xué)技術(shù)中 ,用于模擬并且解決工程力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等物理問(wèn)題。對(duì)于過(guò)去用解析方法無(wú)法求解的問(wèn)題和邊界條件及結(jié)構(gòu)形狀都不規(guī)則的復(fù)雜問(wèn)題 ,有限元法則是一種有效的分析方法。 有限元法的基本思想是先將研究對(duì)  象的連續(xù)求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)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(jìn)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(duì)單元 (小區(qū)域 )進(jìn)行力學(xué)分析 ,最后再整體分析 30。這種化整為零 ,集零為整的方法就是有限元的基本思路 16。有限元法是 R.Courant 于 1943 年首先提出的 17。自從提出有限元概念以來(lái) ,有限元理論及其應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。過(guò)去不能解決或能解決但求解精度不高的問(wèn)題 ,都得到了新的解決方案。傳統(tǒng)的 FEM 假設(shè) :分析域是無(wú)限的 ；材料是同質(zhì)的 ,甚至在大部分的分析中認(rèn)為材料是各向同性的 ；對(duì)邊界條件簡(jiǎn)化處理。但實(shí)際問(wèn)題往往是分析域有限、材料各向異性或邊界條件難以確定等 18。為解決這類(lèi)問(wèn)題 ,美國(guó)學(xué)者提出用 GFEM (Gener-alized Finite Element Method)解決分析域內(nèi)含有大量孔洞特征的問(wèn)題 19；比利時(shí)學(xué)者提出用 HSM(the Hybrid metis Singular element of Membraneplate)解決實(shí)際開(kāi)裂問(wèn)題 20。在 FEM應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展、求解精 度不斷提高的同時(shí) ,FEM也從分析比較向優(yōu)化設(shè)計(jì)方向發(fā)展 21。印度 Mahanty 博士用 ANSYS對(duì)拖拉機(jī)前橋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) ,結(jié)果不但降低了約 40%的前橋自重 ,還避免了在制造過(guò)程中的大量焊接工藝 ,降低了生產(chǎn)成本。 FEM 在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也十分廣泛。自從我國(guó)成功開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)通用有限元程序系統(tǒng) JIGFEX后 ,有限元法滲透到工程分析的各個(gè)領(lǐng)域中 ,從大型的三峽工程到微米級(jí)器件都采用 FEM 進(jìn)行分析 22-23,在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中擁有廣闊的發(fā)展前景。目前在進(jìn)行大型復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)中的物理場(chǎng)分析時(shí) ,為了估計(jì)并控制誤差 ,常用基于后 驗(yàn)誤差估計(jì)的自適應(yīng)有限元法?；诤筇幚矸ㄓ?jì)算誤差 ,與傳統(tǒng)算法不同 ,將網(wǎng)格自適應(yīng)過(guò)程分成均勻化和變密度化 2 個(gè)迭代過(guò)程。在均勻化迭代過(guò)程中 ,采用均勻網(wǎng)格尺寸對(duì)整體區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分 ,以便得到一個(gè)合適的起始均勻網(wǎng)格 ；在變密度化迭代過(guò)程中只進(jìn)行網(wǎng)格的細(xì)化操作 ,并充分利用上一次迭代的結(jié)果 ,在單元所在的曲邊三角形區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)化 ,保證了全局網(wǎng)格尺寸分布的合理性 ,使得不同尺寸的網(wǎng)格能光滑銜接 ,從而提高網(wǎng)格質(zhì)量。整個(gè)方案簡(jiǎn)單易行 ,穩(wěn)定可靠 ,數(shù)次迭代即可快速收斂 ,生成的網(wǎng)格布局合理 ,質(zhì)量高 24。   1.3ANSYS綜述  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(jì)中的高級(jí) CAD 工具之一 25。 ANSYS 中的 Structral 模塊提供了完整的結(jié)構(gòu)分析功能，包括幾何非線性 "材料非線性 "各種動(dòng)力學(xué)分析等計(jì)算能力，此程序包在結(jié)構(gòu)分析方面具有強(qiáng)  大的功能 !在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常常會(huì)遇到各種各樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題：如機(jī)械結(jié)構(gòu)受力，變形及內(nèi)部應(yīng)力情況等等，利用 ANSYS 軟件對(duì)機(jī)械模型進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，通過(guò)應(yīng)力 "應(yīng)變?cè)茍D直觀展示構(gòu)件的性能特點(diǎn)，從而為解決機(jī)械結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的問(wèn)題提供理論依據(jù)。 ANSYS 仿 真分析的結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)實(shí)際生產(chǎn)方案作出準(zhǔn)確的判斷，節(jié)省物力財(cái)力，為提高生產(chǎn)效率及縮短設(shè)計(jì)研發(fā)周期的產(chǎn)生有很大的作用 31。  ANSYS 軟件計(jì)算分析的原理是將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限多個(gè)單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連續(xù)的一組單元的集合體，時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在第一單元中假設(shè)一個(gè)插值函數(shù)來(lái)表示單元中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律，進(jìn)而利用彈性力學(xué) "固體力學(xué) "結(jié)構(gòu)力學(xué)等力學(xué)中的變分原理去建立用以求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程，從而將一個(gè)連續(xù)域中的無(wú)限自由度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為離 散域中的有限自由度問(wèn)題 26求解后就可以利用解得的節(jié)點(diǎn)值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個(gè)集合上的場(chǎng)函數(shù)。  目前， ANSYS 軟件已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造 "石油化工 "輕工 "造船 "航空航天 "汽車(chē)交通 "電子 "土木工程 "水利 "鐵道 "日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究 27，其技術(shù)涵蓋多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域 !隨著發(fā)展， ANSYS 提供的機(jī)械工程仿真技術(shù)將越來(lái)越成熟，設(shè)計(jì)人員以真正耦合的方式使用 ANSYS 技術(shù)，可獲得符合現(xiàn)實(shí)條件的解決方案，而綜合多物理場(chǎng)產(chǎn)品組合能使用戶利用集成環(huán)境中的多個(gè)耦合物理場(chǎng)進(jìn)行仿真與分析 ANSYS 軟件可讓用戶 更深入地鉆研，從而解決更多種類(lèi)的問(wèn)題，處理更為復(fù)雜的情況。因此， ANSYS 產(chǎn)品以其靈活的仿真性能將會(huì)被越來(lái)越廣泛地關(guān)注和應(yīng)用。  參考文獻(xiàn)：  1 林靜，機(jī)械壓力機(jī)故障診斷系統(tǒng)的研制，廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2013.6 2 1. 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佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 2014.3                                     畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告  2、本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：  2.1課題來(lái)源  本課題來(lái)源于江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司。 MC80 型 壓力機(jī)是該公司根據(jù)市場(chǎng)需求而開(kāi)發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì) MC80 型 壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過(guò)本課 題的研究 ,為提高壓力機(jī)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(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。  本課題的目的在于鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程中的實(shí)際問(wèn)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(jì)過(guò)程中使用計(jì)算機(jī)的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫(xiě)論文的能力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。  通過(guò)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(chǎng)的分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。  2.2課題分析  要求運(yùn) 用有限元分析軟件 ANSYS 對(duì) MC80 型 壓力機(jī) 進(jìn)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(jì)。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機(jī)機(jī)身部件的強(qiáng)度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。模態(tài)分析可以求出機(jī)身振動(dòng)的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對(duì)液壓機(jī)工作狀態(tài)的影響。這對(duì)于了解液壓機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進(jìn)而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為液壓機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有：  （ 6）  對(duì) MC80型 壓力機(jī)機(jī)身 進(jìn)行三維實(shí)體建模 ；  （ 7）  了解 MC80 型 壓力機(jī) 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對(duì)其進(jìn)行工作載 荷分析，確定邊界條件及加載方案；   （ 8）  劃分網(wǎng)格，進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機(jī)身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評(píng)價(jià)載荷對(duì)壓力機(jī)工作性能的影響；  （ 9）  對(duì) 機(jī)身 模型進(jìn)行 自由 模態(tài)分析，求解 機(jī)身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作狀況的影響。 （這項(xiàng)選做 ） ；    （ 10）  根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險(xiǎn)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(dá)到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到獲取最佳方案。  2.3方案定制  (1).先熟悉和了解 Solidwords 軟件和 ANSYS軟件 ；  (2).在 Solidwords里畫(huà)出 MC80型 壓力機(jī)的三維模型；  (3).將精整壓力機(jī)的模型導(dǎo)入 ANSYS軟件；  (4).添加材料特性：機(jī)身材料是 Q235A,密度 =7800 /m3；  (5).對(duì)單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，遵循 “ 均勻應(yīng)力區(qū)粗劃，應(yīng)力梯度大的區(qū)域細(xì)劃 ” 的原則；  (6).對(duì)模型選擇自由端和固定端，并添加約束條件；  (7).對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行加載：設(shè)備在工作時(shí)承受兩個(gè)相反方向的載荷，機(jī)身所受載荷簡(jiǎn)化為對(duì)機(jī)身的兩個(gè)方向的均布載荷；  (8).對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)分析；  (9).分析壓力機(jī)在加載情況下機(jī)身 變形情況以及應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律；  (10).對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析優(yōu)化，評(píng)價(jià)載荷對(duì)壓力機(jī)工作性能的影響，從而選擇合適的機(jī)身尺寸和材料厚度，盡量減輕機(jī)身的重量；  (11).對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行自由模態(tài)分析，得到機(jī)身結(jié)構(gòu)的固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作的狀況的影響；  (12).通過(guò)分析結(jié)果，改善應(yīng)力狀況和改變相關(guān)尺寸變量，以減輕總體質(zhì)量，然后進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)剛度和強(qiáng)度，依次重復(fù)以上步驟，直至取得最佳方案。           方案定制的框圖        畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告  指導(dǎo)教師意見(jiàn) ：  1、對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：      2、對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果  的預(yù)測(cè)：     指導(dǎo)老師：                           年    月    日  所在專(zhuān)業(yè)審查意見(jiàn)：    負(fù)責(zé)人：                                                   年     月     日      畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表  學(xué)生姓名    學(xué)號(hào)    指導(dǎo)教師     選題情況   課題名稱(chēng)  MC80 型雙主機(jī)大梁沖機(jī)身結(jié)構(gòu)有限元分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)  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(shū)  有    無(wú)   開(kāi)題報(bào)告  有    無(wú)   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(jìn)度  快   按計(jì)劃進(jìn)行    慢   中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況   優(yōu)       良       中       差      中期成績(jī)?cè)u(píng)定：  所在專(zhuān)業(yè)意見(jiàn)：                                                                 負(fù)責(zé)人                 年       月        日      I  中文摘要  隨著各種結(jié)構(gòu)分析理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的提出與成熟，結(jié)合迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，機(jī)床企業(yè)對(duì)于機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)、類(lèi)比、靜態(tài)的設(shè)計(jì)階段，向動(dòng)態(tài)優(yōu) 化設(shè)計(jì)階段邁進(jìn)。 利用大型有限元分析軟件 ANSYS,以 MC80壓力機(jī)機(jī)身為研究對(duì)象，對(duì) MC80壓力機(jī)進(jìn)行三維建模。應(yīng)用 ANSYS 有限元分析軟件對(duì)壓力機(jī)機(jī)架進(jìn)行靜態(tài)分析和模態(tài)分析，在壓力機(jī)機(jī)架滿足足夠的強(qiáng)度和剛度條件下， 品 縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。 為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和壽命降低產(chǎn)成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)從而能夠增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。其主要內(nèi)容如下：  1. 對(duì) MC80 型 壓力機(jī)機(jī)身 進(jìn)行三維實(shí)體建模；  2. 了解 MC80 壓力機(jī)工作性質(zhì)和工作狀態(tài)；對(duì)其進(jìn)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(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機(jī)身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評(píng)價(jià)載荷對(duì)壓力機(jī)工作性能的影響；  4. 對(duì) 機(jī)身 模型進(jìn)行約束模態(tài)分析，求解 機(jī)身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作狀況的影響。；  5. 根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險(xiǎn)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(dá)到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到獲取最佳方案。   6. 最后對(duì)論文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)和展望。   關(guān)鍵詞：壓力機(jī) ， 有限元分析， ANSYS， 優(yōu)化設(shè)計(jì)          II Abstract With the proposal and maturation of all kinds of structural analysis and optimum design theory, as well as the rapid development of computer technology, the design of the structure of machine tools in our countrys machine tool enterprises has also transited from the period of traditional, analog and static design to the period of dynamically optimum. Using ANSYS FEM software, body of MC80 press, three-dimensional model of is made. Application of ANSYS finite element analysis software for static analysis of the press frame and modal analysis, in the press frame to meet the sufficient strength and stiffness conditions， by shortening the period of production development， increasing the quality of production，reducing the cost of manufacture and improving the ents for the calculatioerprise competitive ability. To increase pressure product performance, quality, and reduce product cost life and provide scientific basin and analysis in order to enhance its product competitiveness in the market. The main contents are as follows：  1. for the 3D solid modeling of MC80 press frame； 2. understanding of MC80 press the nature of the work and work state； analysis of the work load, boundary conditions and loading scheme； 3. mesh, static finite element analysis, the stress and strain distribution of the fuselage, impact load on working performance； 4. the free modal analysis on the model, solving the natural frequencies and corresponding vibration modes of dynamic parameters, and analyzes its influence on the working condition of the. ； 5. according to the analysis results, the stress concentration risk areas to take measures to improve the stress condition； in the low stress area, changing the size variables, in order to reduce the overall quality of components of the objective. Re for finite element analysis, test after changing the size of stiffness and strength. The above steps are repeated, until obtaining the best scheme. 6. The research content of this dissertation is summarized and prospect.  Keywords: press machine ， finite element analysis ， ANSYS， optimization design    III 目錄  中文摘要  . IV Abstract . II 第一章   緒論  . V 1.1 壓力機(jī)的發(fā)展與綜述  . V 1.1.1 壓力機(jī)的綜述  . V 1.1.2 我國(guó)壓力機(jī)的概況  . VI 1.2 本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段  1.2.1 本課題的來(lái)源  . VII 1.2.2 要研究和解決的問(wèn)題  . VII 1.3 本章小結(jié)  . VII 第二章   有限單元法 . VIII 2.1 有限元的發(fā)展與現(xiàn)狀  . VIII 2.2 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介  . XIII 2.3 有限元基本思想  . XI 2.4 本章小結(jié)  . XV 第三章   壓力機(jī)機(jī)身的靜態(tài)分析  . XV 3.1 機(jī)身簡(jiǎn)介  . XV 3.2 幾何模型的建立 . XVI 3.2.1 單元的 選擇與 劃分  . XVII 3.3 邊界條件的施加 . XVIII 3.3.1 載荷的施加  . XVIII 3.3.2 邊界約束條件  . XIX 3.4 材料特性  . XIX 3.5 計(jì)算結(jié)果分析  . XIX 3.5.1 應(yīng)力和變形要求 ：  . XIX 3.5.2 應(yīng)力圖形顯示  . XX   IV 3.5.3 變形圖顯示  . XXI 3.5.4 應(yīng)力分析  . XXIII 3.5.5 變形分析  . XXIII 3.6 本章小結(jié)  . XXIII 第四章   機(jī)身結(jié)的構(gòu)優(yōu)化  . XXIII 4.1 優(yōu)化分析  . XXIV 4.2 優(yōu)化方案一 ：  . XXIV 4.2.1 實(shí)體模型圖  . XXIV 4.2.2 應(yīng)力圖顯示  . XXIV 4.2.3 變形圖顯示  . XXV 4.3 優(yōu)化方案二 ：  . XXVII 4.3.1 實(shí)體模型圖  . XXVII 4.3.2 應(yīng)力圖顯示  . XXVIII 4.3.3 變形圖顯示  . XXVIII 4.4 優(yōu)化方案三 ：  . XXXI 4.4.1 實(shí)體模型圖  . XXXI 4.4.2 應(yīng)力圖顯示  . XXXI 4.4.3 變形圖顯示  . XXXII 4.5 結(jié)果表格  . XXXV 4.6 本章小結(jié)  . XXXVI 第五章   壓力機(jī)的模態(tài)分析  . XXXVII 5.1 模態(tài)分析概念  . XXXVII 5.2 模態(tài)分析的作用 . XXXVII 5.3 模態(tài)分析的的方法與步驟  . XXXVII 5.3.1 模態(tài)分析的的方法  . XXXVII 5.3.2 模態(tài)分析的的步驟  . XXXVIII 5.4 機(jī)身的模態(tài)分析 . XXXIX 5.5 本章小結(jié)  . XLV 第六章   結(jié)論與展望 . XLVI   V 致謝  . XLVII 參考文獻(xiàn)  . XLVIII                                 第一章   緒論  1.1 壓力機(jī)的發(fā)展與 概況  1.1.1 壓力機(jī)的 綜述  裝備制造業(yè)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)提供生產(chǎn)技術(shù)裝備的制造業(yè) ,是制造業(yè)的核心組成部分 ,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展特別是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。在裝備制造業(yè)中 ,鍛壓  VI 制造是目前全世界應(yīng)用最為廣泛的制造方法之一。而在鍛壓機(jī)械中 ,機(jī)械壓力機(jī)又占有很大的比重。眾所周知 ,由于采用現(xiàn)代化的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有生產(chǎn)效率高 ,材料利用率高和改善了制件的內(nèi)部組織及力學(xué)性能 ,質(zhì)量好 ,能量省和成本低的優(yōu)點(diǎn)。幾十年來(lái) ,機(jī)械壓力機(jī)廣泛應(yīng)用于沖裁 ,落料 ,彎曲 ,折邊 ,拉伸及其他冷沖 壓工序 ,是汽車(chē) ,摩托車(chē) ,家用電器 ,儀器儀表 ,輕工 ,國(guó)防工業(yè) ,化工容器 ,電子等行業(yè)必備的關(guān)鍵設(shè)備。所以 ,工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家越來(lái)越多地采用鍛壓工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削工藝和其他工藝。伴隨著工業(yè)的發(fā)展 ,壓力機(jī)的種類(lèi)和數(shù)量越來(lái)越多 ,質(zhì)量要求越來(lái)越大 ,能力越來(lái)越大 ,它在制造業(yè)和其它相關(guān)行業(yè)中的作用日趨顯著 1。   機(jī)械壓力機(jī)是鍛壓機(jī)械中的一種，是用曲柄連桿或肘桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，其工作平穩(wěn)、工作精度高、操作條件好、生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，適于在自動(dòng)線上工作，在數(shù)量上居各類(lèi)鍛壓機(jī)械之首。其中開(kāi)式壓力機(jī)具有 開(kāi)式床身，工作臺(tái)在三個(gè)方向都是敞開(kāi)的，裝卸模具和操作都比較方便，同時(shí)為機(jī)械化和自動(dòng)化創(chuàng)造了條件；但開(kāi)式壓力機(jī)因?yàn)槠浯采沓?C 形，工作時(shí)變形大，剛性較差，而床身的強(qiáng)度、剛度將直接影響到零件加工精度、床身導(dǎo)軌的磨損和模具的壽命等。因此如何優(yōu)化床身結(jié)構(gòu)，提高開(kāi)式壓力機(jī)床身的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)又能降低床身的結(jié)構(gòu)重量，對(duì)于開(kāi)式壓力機(jī)床身設(shè)計(jì)尤為重要。另一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓力機(jī)正向大噸位、高精度和高速度發(fā)展。例如，德國(guó)穆勒 .萬(wàn)加頓公司開(kāi)發(fā)的螺旋壓力機(jī)最大噸位達(dá)到 25000 噸；一些冷精鍛加工精度可 0.02 0.05 毫米；滑塊行程較快的可達(dá)到 3000 4000 次 /分。要保證這些大噸位、高精度和高速壓力機(jī)的正常工作，首先應(yīng)該在設(shè)計(jì)壓力機(jī)床身時(shí)必須保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)考慮工作時(shí)的壓力機(jī)的振動(dòng)情況。    1.1.2 我國(guó)壓力機(jī)的概況  目前我國(guó)壓力機(jī)機(jī)身的設(shè)計(jì)至今大多沿用經(jīng)驗(yàn)、類(lèi)比的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出的床身不僅性能差，結(jié)構(gòu)笨重，速度、精度提不高，而且設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，制造成本高，更新?lián)Q代慢，這些問(wèn)題使得國(guó)產(chǎn)壓力機(jī)在高檔次壓力機(jī)領(lǐng)域內(nèi)無(wú)法與國(guó)外壓力機(jī)相抗衡。隨著中國(guó)加入 WTO，中國(guó)的機(jī)床制造企業(yè)的形勢(shì)將變得更加嚴(yán)峻，并面臨 更為強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，為此，中國(guó)的壓力機(jī)制造企業(yè)必須改變?cè)? VII 的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造手段作為技術(shù)支撐，來(lái)提高我國(guó)壓力機(jī)的設(shè)計(jì)與制造水平，在新的市場(chǎng)環(huán)境中積極參與競(jìng)爭(zhēng)。隨著 CAD/CAM/CAE 技術(shù)的日益普及和應(yīng)用，有限元方法等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析方法已為工程技術(shù)設(shè)計(jì)人員廣為認(rèn)識(shí)和發(fā)展，在機(jī)床設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。  1.2 本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段  1.2.1 本課題的來(lái)源  本課題來(lái)源于江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司。 MC80 型 壓力機(jī)是該公司根據(jù)市場(chǎng)需求而開(kāi)發(fā)研制的產(chǎn)品。要 求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì) MC80 型 壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過(guò)本課題的研究 ,為提高壓力機(jī)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(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。  1.2.2 要研究和解決的問(wèn)題  要求運(yùn)用有限元分析軟件 ANSYS 對(duì) MC80 型 壓力機(jī) 進(jìn)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(jì)。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機(jī)機(jī)身部件的強(qiáng)度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。模態(tài)分析可以求出機(jī)身振動(dòng)的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對(duì)液壓機(jī)工作狀態(tài) 的影響。這對(duì)于了解液壓機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進(jìn)而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為液壓機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有：  （ 1）  對(duì) MC80 型 壓力機(jī)機(jī)身 進(jìn)行三維實(shí)體建模；  （ 2）  了解 MC80 型 壓力機(jī) 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對(duì)其進(jìn)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(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機(jī)身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律，評(píng)價(jià)載荷對(duì)壓力機(jī)工作性能的影響；  （ 4）  對(duì) 機(jī)身 模型進(jìn)行 約束 模態(tài)分析，求解 機(jī)身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作狀況的影響。  （ 5）  根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險(xiǎn)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(dá)到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到獲取最佳方案。  1.3 本章小結(jié)  本章主要介紹了這一次科學(xué)研究的對(duì)象：壓力機(jī)。在這一章節(jié)中，我們介紹  VIII 了他的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，針對(duì)它的實(shí)用性，我們對(duì)此再次就行優(yōu)化設(shè)計(jì)以求得到更好的效果。在這一章中，我們對(duì)研究目的和方法作了說(shuō)明，在下面的章節(jié)中，我們會(huì)具體進(jìn)行分析和改進(jìn)。                       第二章   有限單元法  2.1 有限元的發(fā)展與現(xiàn)狀  有限元法作為一種數(shù)值計(jì) 算方法，它的產(chǎn)生和發(fā)展卻是首先在工程應(yīng)用中取得突破。固體力學(xué)中最早采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的是桿系結(jié)構(gòu)力學(xué)  ，以桿件  IX 為單元  ，稱(chēng)為矩陣位移法，它為有限元理論提供了思路。有限元法基本思想的提出，可以追溯到  Courant 在 1943 年的工作  ， Courant 第一次應(yīng)用定義在三角區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)  和最小位能原理來(lái)求解  St .Venant 扭轉(zhuǎn)問(wèn)題。開(kāi)始涉及有限元的概念。  1954 年， Argris J H用系統(tǒng)的最小勢(shì)能原理得到了系統(tǒng)的剛度矩陣，使已經(jīng)成熟的桿件矩陣位移法可以用來(lái)分析連續(xù)介質(zhì)  。 1955 年美國(guó)波音飛機(jī)制造公司的 TurnerM.L 和 Clough.R ， W ，在分析大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，第一次采用直接剛度法給出了用三角形單元求解平面應(yīng)力問(wèn)題的正確解答，并導(dǎo)出了其單元?jiǎng)偠染仃嚕l(fā)展成矩陣位移法。 1960 年 R.W.Clough 把這種方法由航空結(jié)構(gòu)工程擴(kuò)展到土木工程，并正式命名為有限元法，這標(biāo)志著有限元法的正式誕生。  到 60 年代末至  70 年代初 ,出現(xiàn)了大型通用有限元程序 , 它們以功能強(qiáng)、  用戶使用方便、  計(jì)算結(jié)果可靠和效率高而逐漸形成新的技術(shù)商品 ,成為結(jié)構(gòu)工程強(qiáng)有力的分析工具。目前 ,有限元法在現(xiàn)代 結(jié)構(gòu)力學(xué)、  熱力學(xué)、  流體力學(xué)和電磁學(xué)等許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。  進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代以后，有限元法在理論的指導(dǎo)下，  其應(yīng)用已由彈性力學(xué)平面問(wèn)題擴(kuò)展到空間問(wèn)題、板殼問(wèn)題，由靜力平衡問(wèn)題擴(kuò)展到穩(wěn)定問(wèn)題、動(dòng)力問(wèn)題，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科，成為應(yīng)用廣泛的分析工具。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和軟件工程的興起，大型商用有限元軟件在更好的人機(jī)界面  、更強(qiáng)的分析功  能、更直觀結(jié)果的顯示方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并日益和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD 軟件集成  在一起  ，形成了一個(gè)新的領(lǐng)域 CAE，給工程設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大的變革 。由于有限元法特別適合于計(jì)算機(jī)程序編寫(xiě)，因此許多國(guó)家都編制了大型通用的有限元程序，如美國(guó)加利福尼亞大學(xué)研制的 SAP 軟件、麻省理工學(xué)院研制的 ADINA 軟件、美國(guó)國(guó)家航空與宇航局研制的 NASTRAN 軟件等。  有限元分析在工程設(shè)計(jì)和分析中得到了越來(lái)越廣泛的重視 , 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：增加產(chǎn)品和工程的可靠性；在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題；經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案  ，降低原材料成本；縮短產(chǎn)品投向市場(chǎng)的時(shí)間；模擬試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)次數(shù)  ，從而減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。  縱觀當(dāng)今國(guó)際上 CAE 軟件的發(fā)展情況，可以看出有 限元分析方法的一些發(fā)  X 展特點(diǎn)：  （）數(shù)據(jù)統(tǒng)一。使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)模型數(shù)據(jù)及求解結(jié)果，實(shí)現(xiàn)前后處理、分析求解及多場(chǎng)分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。  （）強(qiáng)大的建模能力。具備三維建模能力，僅靠的（圖形界面）就可建立各種復(fù)雜的幾何模型。         （）強(qiáng)大的求解功能。提供了數(shù)種求解器，用戶可以根據(jù)分析要求選擇合適的求解器。  （）強(qiáng)大的非線性分析功能。  具有強(qiáng)大的非線性分析功能，可進(jìn)行幾何非線性、材料非線性及狀態(tài)非線性分析。  （）智能網(wǎng)格劃分。  具有 智能網(wǎng)格劃分功能，根據(jù)模型的特點(diǎn)自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格  （）良好的優(yōu)化功能。   （）良好的用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境。  現(xiàn)在有限元的用途很廣，用法很多，我們淺談下振動(dòng)工程中的有限元模態(tài)分析：模態(tài)分析技術(shù)開(kāi)始于 20 世紀(jì) 30 年代，經(jīng)過(guò) 70 多年的發(fā)展，模態(tài)分析已經(jīng)成為振動(dòng)工程中一個(gè)重要的分支。  有限元模態(tài)分析發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)今國(guó)際上方法和軟件開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)出以下趨勢(shì)特征：  （ 1）從單純的結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算發(fā)展到求解多物理場(chǎng)問(wèn)題。近年來(lái)有限元方法已發(fā)展到流體力學(xué)、溫度場(chǎng)、電傳導(dǎo)、磁場(chǎng)、滲流和聲場(chǎng)等 耦合 場(chǎng)問(wèn)題的求解計(jì)算；               (2)由求解線性工程問(wèn)題進(jìn)展到分析非線性問(wèn)題。有限元技術(shù)在巖土工程中也有應(yīng)用。它在鑲嵌技術(shù)上也有應(yīng)用。  上述主要介紹了有限元的發(fā)展及其應(yīng)用，接下來(lái)介紹下有限元方法的基本思想。有限元方法的基本思想是將求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)、且按一定方式相互聯(lián)接在一起的單元組合體。由于各單元能按不同的聯(lián)接方式進(jìn)行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模擬幾何形狀復(fù)雜的求解域。有限元方法作為數(shù)值分析方法的一個(gè)重要特點(diǎn)是利用在每一個(gè)單元內(nèi)假設(shè)近似函數(shù)來(lái)分片地表達(dá)求解域上的未知場(chǎng)函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場(chǎng)函數(shù)或?qū)?數(shù)在單元的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其差值來(lái)表示。這樣一來(lái)，在利用有限元方法分析問(wèn)題時(shí)，未知  XI 場(chǎng)函數(shù)或其導(dǎo)數(shù)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值就成為新的未知量 ( 即自由度 ) ，從而使一個(gè)連續(xù)的無(wú)限自由度問(wèn)題成為離散的有限自由度問(wèn)題。求解出這些未知量，就可以通過(guò)插值計(jì)算出各個(gè)單元內(nèi)場(chǎng)函數(shù)的近似值，從而得到整個(gè)求解區(qū)域上的近似解。隨著單元數(shù)目的增加 (單元尺寸減小 ) 或隨著單元自由度的增加及插值函數(shù)的精度的提高，解的近似程度不斷改進(jìn)，只要各單元是滿足收斂要求的，近似解最后將會(huì)收斂于精確解。  2.2 有限元基本思想  有限元法的中心思想是對(duì)求解域 (結(jié)構(gòu) )進(jìn)行單個(gè)兒劃分和分片近似，其計(jì)算步驟為：  (1)結(jié)構(gòu)的離散化  結(jié)構(gòu)的離散化是有限元分析的第一步，它是有限元法的基礎(chǔ)。所謂結(jié)構(gòu)的離散化，其過(guò)程簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是將分析的結(jié)構(gòu)物劃分成有限個(gè)離散體 (單元體 )，并在單元體指定點(diǎn)設(shè)置結(jié)點(diǎn)，把相鄰的單元體在結(jié)點(diǎn)處連接起來(lái)組成單元的集合體，以代替原來(lái)的結(jié)構(gòu)，顯然單元體越多，越接近原來(lái)的結(jié)構(gòu)。不同的分析對(duì)象采用不同的單元類(lèi)型，常用的有桿單元，梁?jiǎn)卧?，板單元，殼單元，體單元等。  (2)選擇位移函數(shù)  在結(jié)構(gòu)的離散化完成以后，就可對(duì)單元進(jìn)行特性分析。分析方法可按節(jié)點(diǎn)未知量選用變 形、位移和應(yīng)力的不同，有力法、位移法、混合法和雜交法，最常用的方法是位移法。為了能用結(jié)點(diǎn)位移表示單元體的位移、應(yīng)變和應(yīng)力，必須對(duì)單元中位移的分布作一定的假設(shè)，也就是假定位移是坐標(biāo)的某種簡(jiǎn)單函數(shù) 位移函數(shù)。位移函數(shù)的適當(dāng)選擇是有限元分析的關(guān)鍵。在有限元法應(yīng)用中，普遍地選擇多項(xiàng)式作為位移函數(shù)，因多項(xiàng)式的數(shù)學(xué)運(yùn)算 (微分和積分 )比較方便，并且由所有光滑函數(shù)的局部來(lái)看都可以用多項(xiàng)式逼近。根據(jù)所選定的位移函數(shù)，就可以導(dǎo)出用結(jié)點(diǎn)位移表示單元內(nèi)任一點(diǎn)位移的關(guān)系式，其矩陣形式是：    式中， 為單元內(nèi)任一點(diǎn)的位移列陣 ； N為形函數(shù)矩陣，它的元素是單元位置坐標(biāo)的函數(shù)，反映了單元的位移形態(tài)； 為單元的結(jié)點(diǎn)位移列陣。  (3)分析單元的力學(xué)特性  位移函數(shù)選定以后，就可以進(jìn)行單元力學(xué)特性的分析。它包括三部分內(nèi)容：    XII A利用幾何方程和位移表達(dá)式 (2-1)導(dǎo)出用結(jié)點(diǎn)位移來(lái)表示單元應(yīng)變的關(guān)系式，尋求結(jié)點(diǎn)位移與應(yīng)變的關(guān)系，即：  =B    式中， 是單元內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)變列陣； B為單元應(yīng)變矩陣。  B利用物理方程，由應(yīng)變的表達(dá)式 (2-2)導(dǎo)出用結(jié)點(diǎn)位移表示單元應(yīng)力的關(guān)系式，即：  =DB   式中， 是單 元內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)力列陣； D為與單元材料有關(guān)的彈性矩陣。  C利用虛功原理建立作用于單元上的節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系式 (節(jié)點(diǎn)平衡方程 )，即：     式中， 在積分遍及整個(gè)單元的體積，為單元?jiǎng)偠染仃嚕?R為單元上節(jié)點(diǎn)力列陣。  (4)計(jì)算單元的等效節(jié)點(diǎn)力  彈性體經(jīng)過(guò)離散化以后，假定力是從單元的公共邊界傳遞到另一個(gè)單元的。因而，這種作用在單元邊界上的表面力以及作用于單元的體積力、集中力等都需要等效移置到節(jié)點(diǎn)上去，也就是用等效的節(jié)點(diǎn)力來(lái)替代所有作用在單元上的力。移置的方法是按照作用在單元上的力與等效節(jié)點(diǎn)力在任 何虛位移上所做的虛功都相等的原則來(lái)進(jìn)行的。  (5)集合所有單元的平衡方程，建立整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程  這個(gè)集合過(guò)程包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一個(gè)是由各個(gè)單元的剛度矩陣集合成整個(gè)物體的整體剛度矩陣；二是將作用于各單元的等效節(jié)點(diǎn)力列陣集合成總的荷載列陣。一般說(shuō)來(lái)，集合所依據(jù)的理由是要求所有相鄰的單元在公共節(jié)點(diǎn)處的位移相等。  于是得到以整體剛度矩陣 K荷載列陣 R以及整個(gè)物體的節(jié)點(diǎn)位移列陣 S表示的整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程：  K=R (6)求解未知節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)等效荷載以及整體剛度矩陣組成的平衡方程解出節(jié)點(diǎn)位 移，然后利用公式和已求出的節(jié)點(diǎn)位移來(lái)計(jì)算各單元的應(yīng)力，最后利用  XIII 公式求出單元內(nèi)任一點(diǎn)的位移。  2.3ANSYS 軟件簡(jiǎn)介  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(jì)中的高級(jí) CAD 工具之一 2。 ANSYS 中的 Structral 模塊提供了完整的結(jié)構(gòu)分析功能，包括幾何非線性 "材料非線性 "各種動(dòng)力學(xué)分析等計(jì)算能力，此程序包在結(jié)構(gòu)分析方面具有強(qiáng)大的功能 !在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常常會(huì)遇到各種各樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題：如機(jī)械結(jié)構(gòu)受力，變形及內(nèi)部應(yīng)力情況等等，利用 ANSYS 軟件對(duì)機(jī)械模型進(jìn)行仿真 模擬計(jì)算，通過(guò)應(yīng)力 "應(yīng)變?cè)茍D直觀展示構(gòu)件的性能特點(diǎn)，從而為解決機(jī)械結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的問(wèn)題提供理論依據(jù)。 ANSYS 仿真分析的結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)實(shí)際生產(chǎn)方案作出準(zhǔn)確的判斷，節(jié)省物力財(cái)力，為提高生產(chǎn)效率及縮短設(shè)計(jì)研發(fā)周期的產(chǎn)生有很大的作用 3。  ANSYS 軟件計(jì)算分析的原理是將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限多個(gè)單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連續(xù)的一組單元的集合體，時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在第一單元中假設(shè)一個(gè)插值函數(shù)來(lái)表示單元中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律，進(jìn)而利用彈性力學(xué) "固體力學(xué) "結(jié)構(gòu)力學(xué)等力學(xué)中的變分原理去建立用以求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程，從而將一個(gè)連續(xù)域中的無(wú)限自由度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問(wèn)題 4求解后就可以利用解得的節(jié)點(diǎn)值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個(gè)集合上的場(chǎng)函數(shù)。  ANSYS 典型的分析過(guò)程由前處理、求解計(jì)算和后處理個(gè)部分組成。  前處理：有限元模型是進(jìn)行有限元分析的計(jì)算模型或數(shù)學(xué)模型，它為計(jì)算提供原始的數(shù)據(jù)。建模是整個(gè)有限元分析過(guò)程的關(guān)鍵，模型合理與否將直接影響計(jì)算結(jié)果的精度、計(jì)算時(shí)間的長(zhǎng)短及計(jì)算過(guò)程能否完成，其中建模主要包括以下幾步：  （）  確定工作名 和分析標(biāo)  （）  設(shè)置分析模塊  ；  （）  定義單元類(lèi)型和選項(xiàng)   ；  （）  定義實(shí)常數(shù)；  （）  定義材料性質(zhì)  ；  （）  創(chuàng)建分析幾何模型  ；  （）  建立有限元模型  ；  （）  對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分   ；    XIV 選擇單元的要點(diǎn)包括：  （）對(duì)線性結(jié)構(gòu)（應(yīng)力）分析，建議采用高階單元；  （）對(duì)非線性應(yīng)力分析，   用低階單元采用較密網(wǎng)格，而不用較粗網(wǎng)格高階單元；  （）對(duì)殼應(yīng)力分析，四邊形比三角形結(jié)果要好。  加載及求解：加載即用邊界條件數(shù)據(jù)描述結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，即分析結(jié)構(gòu)和外界之間的相互作用。載荷的含義有：自由度約 束位移、節(jié)點(diǎn)力（力，力矩）、表面載荷壓力、慣性載荷（重力加速度，角加速度）。  可以在實(shí)體模型或  （有限元分析）模型（節(jié)點(diǎn)和單元）上加載。直接在實(shí)體模型加載優(yōu)點(diǎn)是幾何模型加載獨(dú)立于有限元網(wǎng)格，重新劃分網(wǎng)格或局部網(wǎng)格修改不影響載荷；同時(shí)加載的操作更加容易，尤其是在圖形中直接拾取時(shí)。但要注意：無(wú)論采取何種加載方式，  求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型上。因此，加載到實(shí)體的載荷將自動(dòng)轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上。      后處理：后處理是將計(jì)算所得的結(jié)果可視化。有兩個(gè)后處理器：通用后處理器，它只 能觀看整個(gè)模型在某一時(shí)刻的結(jié)果；時(shí)間歷程后處理器，可觀看模型在不同時(shí)間的結(jié)果。但此后處理器只能用于處理靜態(tài)或動(dòng)力分析結(jié)果。動(dòng)力分析結(jié)果后處理的步驟主要包括： 從求解計(jì)算結(jié)果中讀取數(shù)據(jù)； 對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行各種圖形化顯示； 可對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行列表顯示； 進(jìn)行各種后續(xù)分析。而靜力分析結(jié)果后處理的步驟主要包括： 繪變形圖， 變形動(dòng)畫(huà)， 支反力列表， 應(yīng)力等值線圖。  目前， ANSYS 軟件已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造 "石油化工 "輕工 "造船 "航空航天 "汽車(chē)交通 "電子 "土木工程 "水利 "鐵道 "日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究 27，其技術(shù) 涵蓋多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域 !隨著發(fā)展， ANSYS 提供的機(jī)械工程仿真技術(shù)將越來(lái)越成熟，設(shè)計(jì)人員以真正耦合的方式使用 ANSYS 技術(shù)，可獲得符合現(xiàn)實(shí)條件的解決方案，而綜合多物理場(chǎng)產(chǎn)品組合能使用戶利用集成環(huán)境中的多個(gè)耦合物理場(chǎng)進(jìn)行仿真與分析 ANSYS 軟件可讓用戶更深入地鉆研，從而解決更多種類(lèi)的問(wèn)題，處理更為復(fù)雜的情況。因此， ANSYS 產(chǎn)品以其靈活的仿真性能將會(huì)被越來(lái)越廣泛地關(guān)注和應(yīng)用。     XV 2.4 本章小結(jié)  在這一章節(jié)中，我們介紹了有限元 的發(fā)展與現(xiàn)狀，有限元基本思想， ANSYS的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，說(shuō)明了它的軟件有點(diǎn)和具體的使用方 法。對(duì)其中的一些公式方程我們也進(jìn)行了說(shuō)明和列舉。                     第三章   壓力機(jī)機(jī)身的靜態(tài)分析  3.1 機(jī)身簡(jiǎn)介  機(jī)身是壓力機(jī)的一個(gè)基本支撐部件，工作時(shí)要承受全部工作變形力。因此，機(jī)身的合理設(shè)計(jì)對(duì)減輕壓力機(jī)重量，提高壓力機(jī)剛度，以及減少制造工時(shí)，都具  XVI 有直接的影響。機(jī)身分為兩大類(lèi)：即開(kāi)式機(jī)身和閉式機(jī)身。機(jī)身結(jié)構(gòu)分為鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種。我所研究的 MC80 壓力機(jī)為 C 型， 焊接結(jié)構(gòu) 。  該設(shè)備的主要參數(shù)如下 : 型號(hào) :  MC80；  公   稱(chēng)  壓  力 :  800KN；  標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù) :  225mm 行程  100 次 /分；  機(jī)身材料是 Q235A，密度 37800 mkg ；  許用角變形 980 微?。? 3.2 幾何模型的建立  為了進(jìn)行有限元分析，必須對(duì)于實(shí)體模型進(jìn)行改造，使之成為很多微小單元和節(jié)點(diǎn)