MT200壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進設(shè)計

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。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?？梢源_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。可以求解一些隨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。2.1.5有限元軟件的分析步驟1（1）明確目標(biāo)：①什么類型的分析；②怎么構(gòu)建模型；③什么單元。（2）創(chuàng)建有限元模型：①創(chuàng)建或讀入幾何模型；②定義材料屬性；③劃分網(wǎng)格（節(jié)點及單元）。（3）施加載荷及求解：①施加載荷及載荷選項、設(shè)定約束條件；②求解。（4）查看結(jié)果：①查看分析結(jié)果；②檢驗結(jié)果（分析是否正確）。通俗的表示就是：后處理求解預(yù)處理準(zhǔn)備工作èèè后處理求解預(yù)處理準(zhǔn)備工作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。2.3ANSYS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ANSYSWorkbench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?？梢赃M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。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?？蚣苄谓Y(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):1250×1250；機身材料是Q235A，密度；許用角變形微??；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3.1MT200壓力機機身結(jié)構(gòu)簡圖圖3.1MT200壓力機機身結(jié)構(gòu)簡圖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。圖3.2MT200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。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，泊松比為0.27～0.3，本文取，，Q235鋼的密度取。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VonMises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，而=其中：，，——第一，第二，第三主應(yīng)力。由前可知，機身材料為Q235，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=235/1.47=160，而我們所要的應(yīng)力要求是：。（2）機身變形要求:。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3.5VonMises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。2）喉口應(yīng)力圖圖3.6喉口VonMises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]。機身總變形圖圖3.7機身總變形圖2)X方向變形圖圖3.8X方向變形圖Y方向變形圖圖3.9Y方向變形圖Z方向變形圖圖3.10Z方向變形圖3.4.4局部變形圖喉口X方向的變形圖圖3.12喉口X方向的變形圖喉口Y方向的變形圖圖3.13喉口Y方向的變形圖喉口Z方向的變形圖 圖3.14喉口Z方向的變形圖3.4.5X，Y，Z方向最大變形量的對比表3-1最大應(yīng)變項目最大拉伸變形/mm最大壓縮變形/mmX方向0.06460.02Y方向0.3180.177Z方向0.0510.052如表3-1所示，機身的最大拉伸應(yīng)變?yōu)?.318mm，最大壓縮應(yīng)變?yōu)?.177mm，小于1mm，符合要求。3.4.6機身角變形與角剛度計算角變形是指壓力機變形時滑塊相對于工作臺面的傾斜夾角，其可能包括非工作狀態(tài)時滑塊、導(dǎo)軌和工作臺由于制造精度不高以及壓力機裝配存在誤差時而產(chǎn)生的傾角，還可能由于壓力機負載時曲軸、連桿和滑塊彈性變形時造成的，但主要是機身本身的角變形造成的。圖2.13MT200壓力機機身正視圖角剛度是指壓力機的滑塊相對于工作臺面產(chǎn)生單位角變形時，壓力機所承受的作用力，可用表示，即=式中P—壓力機承受載荷，在此為公稱載荷；—壓力機承受載荷P時，使喉口傾斜的角變形。=l+2+3+4分別取喉口處端點A、B、C、D、E、F處Y方向的位移差為、、、，設(shè)AB的水平距離為L1，BC的水平距離為L2，DE的水平距離為L3，EF的水平距離為L4。則導(dǎo)軌的角變可近似為：tanl=/L1；tan2=/L2；tan3=/L3；tan4=/L4；=AY-BY=23.8428e-5-15.70778e-5=8.12e--2mm；=BY-CY=15.70778e-5-13.62045e-5=2.09e-2mm；=DY-EY=3.83148e-5-1.47969e-5=2.35e-2mm；=EY-FY=1.47969e-5-（-7.04108）e-5=9.52e-2mm；角變形可近似計算為：ltanl==8.12e-2/855=9.52e-5rad=95μrad2tan2==2.09e-2/210=9.95e-5rad=99.5μrad3tan3==2.35e-2/210=11.9e-5rad=111.9μrad4tan4==9.52e-2/855=10.72e-5rad=111.3μrad機身的總角變形為=l+2+3+4=95+99.5+111.9+111.3=417.7＜980，符合要求。根據(jù)JB/T6580.1-1999國家標(biāo)準(zhǔn)，機身的許用角剛度：=0.00l2Pg=0.24(KN/μrad)。機身角剛度==200/417.7=0.479(KN/μrad)＞[]，角剛度符合要求。第四章機身結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計通常，一個好的產(chǎn)品設(shè)計，往往是綜合各種因素，提出一種初始方案，然后對其進行數(shù)值分析，使其滿足強度、剛度、穩(wěn)定性及可靠性和壽命等要求的預(yù)期目標(biāo)，然后反復(fù)修改方案，使其具有較好的使用性能，并力求節(jié)省材料和能源，經(jīng)濟而具有競爭力。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)力和角變形，以許用應(yīng)力和原有的變形為約束，以減輕機身的重量作為目的。本機身靜態(tài)主要是強度和剛度兩方面的特性，但對機床結(jié)構(gòu)設(shè)計時，剛度問題比強度問題更為重要，因此在優(yōu)化方面主要考慮機身的變形問題。機身的優(yōu)化原則是：通過改變機身板的厚度，應(yīng)用ANSYS計算出機身最大應(yīng)力，并滿足應(yīng)力和變形要求：應(yīng)力：[]≤160MPa。變形：δx≤1mmδy≤1mmδz≤1mm。4.1優(yōu)化方案一由變形圖可知，壓力機的應(yīng)力很小，采用的優(yōu)化方法是把兩側(cè)板厚度厚度從50mm減少到40mm。4.1.1應(yīng)力圖顯示1)應(yīng)力等值線圖圖4.1VonMises應(yīng)力云圖2）喉口應(yīng)力圖圖4.2喉口VonMises應(yīng)力云圖4.1.2機身變形圖顯示1）X方向變形圖圖4.3X方向變形圖2）Y方向變形圖圖4.4Y方向變形圖3）Z方向變形圖圖4.5Z方向變形圖4）機身總變形圖圖4.6總變形圖4.1.3喉口變形圖顯示1）喉口X方向變形圖圖4.7喉口X方向變形圖2）喉口Y方向變形圖圖4.8喉口Y方向變形圖3）喉口Z方向變形圖圖4.9喉口Z方向變形圖4.1.4X，Y，Z方向最大變形量的對比表4-1最大應(yīng)變項目最大拉伸變形/mm最大壓縮變形/mmX方向0.08120.0266Y方向0.4220.2240Z方向0.08310.0835如表4-1所示，最大拉伸變形為0.422mm，最大壓縮變形為0.2240mm，符合變形量小于1mm的要求。4.1.5角變形與角剛度；；；=EY-FY=2.628e-5-（-12.414）e-5=15.042e-2mm；則角變形可近似計算為： ltanl==17.834e-2/855=208.62tan2==5.069e-2/210=241.43tan3==1.697e-2/210=80.84tan4==15.042e-2/855=175.9機身的總角變形為=l+2+3+4=208.6+241.4+80.8+175.9=706.7＜980，符合要求。機身角剛度==200/706.7=0.283()＞，角剛度符合要求。4.2優(yōu)化方案二由于應(yīng)力和應(yīng)變比較小，所以還可以減少厚度來節(jié)約材料，在優(yōu)化方案1的基礎(chǔ)上，把支撐板的厚度減少10mm。4.2.1應(yīng)力圖顯示1）機身整體應(yīng)力圖顯示圖4.10Vonmises應(yīng)力云圖2）喉口應(yīng)力圖顯示圖4.11喉口Vonmises應(yīng)力云圖從以上幾幅圖中可以看出，機身最大應(yīng)力為96.345MPa小于160MPa,符合要求。4.2.2機身變形圖1）X方向變形圖 圖4.12X方向變形圖2）Y方向變形圖圖4.13Y方向變形圖3）Z方向變形圖圖4.14Z方向變形圖4.2.3喉口變形圖1）喉口X方向變形圖 圖4.15喉口X方向變形圖2）喉口Y方向變形圖 圖4.16喉口Y方形變形圖3）喉口Z方形變形圖 圖4.17喉口Z方向變形圖4.2.4X，Y，Z方向最大變形量的對比表4-2最大應(yīng)變項目最大拉伸變形/mm最大壓縮變形/mmX方向0.08360.0266Y方向0.81040.2397Z方向0.09780.0996如表4-2所示，最大拉伸變形為0.8104mm，最大壓縮變形為0.2397mm，符合變形小于1mm的要求。4.2.5角變形與角剛度=AY-BY=22.6171e-5-10.8077e-5=11.8094e--2mm；=BY-CY=10.8077e-5-7.9582e-5=2.8495e-2mm；=DY-EY=5.95543e-5-3.15226e-5=2.80317e-2mm；=EY-FY=3.15226e-5-（-2.953）e-5=6.10526e-2mm；則角變形可近似計算為：ltanl==11.8094e-2/855=13.85e-5rad=138.1μrad2tan2==2.8495e-2/210=13.57e-5rad=135.7μrad3tan3==2.80317e-2/210=13.35e-5rad=133.5μrad4tan4==6.10526e-2/855=6.88e-5rad=71.4μrad機身的總角變形為：=l+2+3+4=138.5+135.7+133.5+68.8=478.7＜980，符合要求。根據(jù)JB/T6580.1-1999國家標(biāo)準(zhǔn)，機身的許用角剛度：。而此機身角剛度=P/=200/478.7=0.42(KN/＞，角剛度符合要求。4.3優(yōu)化方案三經(jīng)過兩次優(yōu)化，可以看出第二次改進結(jié)果比第一次優(yōu)化理想，但還需重新改進一次，在第一次改進基礎(chǔ)上，將兩側(cè)邊的上邊沿修成弧形以減少材料，再增加一對地腳螺栓以加強機身結(jié)構(gòu)。通過對其分析，觀察應(yīng)變應(yīng)力的變化。4.3.1應(yīng)力圖顯示1）機身整體應(yīng)力圖圖4.18Vonmises應(yīng)力云圖2）喉口Vonmises應(yīng)力圖 圖4.19喉口Vonmises應(yīng)力云圖從上圖可以看出，機身的最大應(yīng)力為99.675MPa，小于160MPa，符合應(yīng)力要求。4.3.2機身變形圖顯示1）X方向變形圖 圖4.20X方向變形圖2）Y方向變形圖圖4.21Y方向變形圖3）Z方向變形圖圖4.22Z方向變形圖4.3.3喉口變形圖顯示1）X方向變形圖 圖4.23喉口X方向變形2）Y方向變形圖 圖4.24喉口Y方向變形3）Z方向變形 圖4.25喉口Z方向變形4.3.4X，Y，Z方向最大變形量的對比表4-3最大應(yīng)變項目最大拉伸變形/mm最大壓縮變形/mmX方向0.08870.0261Y方向0.8190.2349Z方向0.09750.0998如表4-3所示，機身的最大拉伸應(yīng)變?yōu)?.819mm，最大壓縮應(yīng)變?yōu)?.2349mm，小于1mm，符合要求。4.3.5角變形與角剛度=AY-BY=23.9927e-5-9.22325e-5=14.76945e--2mm；=BY-CY=9.22325e-5-6.67034e-5=2.55291e-2mm；=DY-EY=3.99859e-5-1.85532e-5=2.14327e-2mm；=EY-FY=1.14327e-5-（-3.48141）e-5=5.33673e-2mm；則角變形可近似計算為：ltanl==10.76945e-2/855=172.7μrad2tan2==2.55291e-2/210=121.6μrad3tan3==2.14327e-2/210=102.1μrad4tan4==5.33673e-2/855=62.4μrad機身的總角變形：=l+2+3+4=172.7+121.6+102.1+62.4=458.8＜980，符合要求。機身角剛度=P/=200/458.8=0.44(KN/μrad)＞，角剛度符合要求。4.4選擇最佳優(yōu)化方案表4-4機身的改進方案對比最大應(yīng)力（MPa）最大拉伸應(yīng)變（mm）最大壓縮應(yīng)變（mm）角變形（μrad）角剛度(KN/μrad）減少的體積（m3）原機身49.60.31800.1766417.70.4790方案一62.50.42160.2698706.70.2830.1383方案二96.3450.81040.2397478.70.420.1426方案三99.6750.81900.2349458.80.440.1409由上表可以看出，原壓力機所受最大應(yīng)力和最大變形比較小。方案一雖然變形小，但體積較大。方案二所受最大應(yīng)力雖然較方案一有所增加，但材料還不夠節(jié)省。方案三的各項參數(shù)都滿足要求，機身更加美觀，所以綜合各項因素，選擇方案三作為最佳設(shè)計方案第五章機身的模態(tài)分析5.1模態(tài)分析概念隨著壓力機工作速度的提高，其動態(tài)性能和振動問題的分析愈來愈重要。單純的靜態(tài)設(shè)計和經(jīng)驗設(shè)計已不能完全滿足工程實際的要求。60年代發(fā)展起來的模態(tài)分析技術(shù)，解決了靜態(tài)分析難以解決的結(jié)構(gòu)動力特性、模態(tài)參數(shù)識別、建模和從力學(xué)特性出發(fā)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問題。模態(tài)分析通過確定多自由度系統(tǒng)的固有頻率、固有振型、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度和模態(tài)阻尼比等模態(tài)參數(shù)，可以預(yù)估它在工作狀態(tài)下的振動情況，并且能夠發(fā)現(xiàn)過大的振動、過高的噪聲等一些不正常的響應(yīng)。通過模態(tài)分析，可識別載荷的譜別和來源，找出有害的振型和節(jié)點位置，在此基礎(chǔ)上通過改變系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)按所要求的方向改變其動態(tài)特性，從而達到符合要求的動態(tài)強度、動態(tài)剛度的要求。工程結(jié)構(gòu)要具有與使用環(huán)境相適應(yīng)的動力學(xué)特性。一個機床結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的基本著眼點不光是其強度、剛度方面的靜態(tài)特性，而且應(yīng)該注意彎曲和扭轉(zhuǎn)方面的動態(tài)性能。如果機床動力學(xué)特性不能與其使用環(huán)境相適應(yīng)，即結(jié)構(gòu)模態(tài)與激勵頻率耦合會使機床產(chǎn)生共振，嚴重時會使整個機床發(fā)生抖振，機床噪聲過大，局部產(chǎn)生疲勞破壞等。為此，提出壓力機床身模態(tài)分析的評價線索：1.壓力機床身的彈性模態(tài)頻率應(yīng)避開電動機經(jīng)常工作頻率；2.壓力機床身的低階固有頻率應(yīng)避開壓力機的工作頻率。5.2模態(tài)分析的原理模態(tài)分析是一種確定結(jié)構(gòu)振動特征的技術(shù)，包括自然頻率，振型，模態(tài)參與系數(shù)（在某個方向某個振型的貢獻大小）。模態(tài)分析是所有動力學(xué)分析的基礎(chǔ)。模態(tài)分析的工程應(yīng)用，是設(shè)計可以避開共振或使結(jié)構(gòu)在某一指定的頻率處振動（如揚聲器）；使工程人員能夠意識到對于不同的動力載荷，結(jié)構(gòu)式如何進行響應(yīng)的；對于其它動力學(xué)分析有助于求解控制參數(shù)的確定（時間步長等）。因為結(jié)構(gòu)振動特性決定了其對于任何動力載荷的響應(yīng)，所以在進行其他任何動力學(xué)分析之前，建議先進行模態(tài)分析。振動模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)固有的、整體的特性。通過模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下產(chǎn)生的實際振動響應(yīng)。因此，模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計及設(shè)備故障診斷的重要方法。模態(tài)分析技術(shù)從20世紀(jì)60年代后期發(fā)展至今已趨成熟，它和有限元分析技術(shù)一起成為結(jié)構(gòu)動力學(xué)的兩大支柱。模態(tài)分析作為一種“逆問題”分析方法，是建立在實驗基礎(chǔ)上的，采用實驗與理論相結(jié)合的方法來處理工程中的振動問題。5.3機身結(jié)構(gòu)自由模態(tài)分析對壓力機機身進行自由模態(tài)分析，由于機身是剛性變形，自由模態(tài)時未加任何約束，所以有6個自由度，前6階的頻率為0，所以從第七階開始作為第一階模態(tài)，共取十階模態(tài)的變形圖。圖5.1第一階模態(tài)變形圖 圖5.2第二階模態(tài)變形圖 圖5.3第三階模態(tài)變形圖圖5.4第四階模態(tài)變形圖 圖5.5第五階模態(tài)變形圖- 圖5.6第六階模態(tài)變形圖圖5.7第七階模態(tài)變形圖圖5.8第八階模態(tài)變形圖圖5.9第九階模態(tài)變形圖圖5.10第十階模態(tài)變形圖5.4自由模態(tài)下的振型描述表5-1機身的固有頻率及振型階數(shù)機身的固有頻率(HZ)機身的振型描述174.34機身隨Z軸方向扭動892.20機身上部在Z軸方向擺動機身下部繞X軸左右擺動9108.53機身上部在Z軸方向左右擺動10120.66機身上下部分做張合運動5.5機身結(jié)構(gòu)的約束模態(tài)分析對機身底座和支架部分施加約束，然后對整個機身進行模態(tài)分析，得到十階模態(tài)變形圖。圖5.11第一階模態(tài)變形圖圖5.12第二階模態(tài)變形圖圖5.13第三階模態(tài)變形圖圖5.14第四階模態(tài)變形圖圖5.14第五階模態(tài)變形圖圖5.15第六階模態(tài)變形圖圖5.16第七階模態(tài)變形圖圖5.17第八階模態(tài)變形圖圖5.18第九階模態(tài)變形圖圖5.19第十階模態(tài)變形圖5.6約束模態(tài)下的振型描述表5-1機身的固有頻率及振型階數(shù)機身的固有頻率(HZ)機身的振型描述147.605機身上部沿Z軸擺動280.59機身上部沿Z軸扭動3112.2機身上部沿X軸擺動4117.75機身上部在Z軸方向扭動機身右上角2個側(cè)板在Z軸方向左右擺動5130機身上部在Y軸方向上下擺動6137.9機身上部在Z軸方向扭動7138.61機身右上角兩側(cè)板在Z軸方向左右擺動8164.59機身右上角兩側(cè)板在Z軸方向相向運動9191.81機身上半部沿Z軸扭動機身左邊側(cè)板沿Z軸方向左右擺動10200.4機身左邊側(cè)板沿Z軸方向相向運動本章運用了SOLIDWORKS軟件建模，并且將模型導(dǎo)入了ANSYS軟件中進行模態(tài)分析。模態(tài)分析得出的圖表顯示：機身的前三階的振型均為整體向Z軸變形，并且在第六階出現(xiàn)較大的扭轉(zhuǎn)，說明它有較好的強度。以機身固有頻率為參考，只要讓工作頻率遠離固有頻率就能避免發(fā)生共振損壞機器。第六章總結(jié)與展望6.1總結(jié)本文通過大型CAE軟件ANSYS的使用，對MT200壓力機機身進行有限元靜態(tài)、模態(tài)分析和結(jié)構(gòu)改進設(shè)計。在分析的過程中，通過傳統(tǒng)的人工優(yōu)化找出了比較合理的結(jié)構(gòu)。比如說，用加厚材料來矯正變形量過大的問題，用去除受力或變形小區(qū)域的材料來減輕質(zhì)量。這些方法都體現(xiàn)了基本的機械機構(gòu)優(yōu)化的思想，在以后的學(xué)習(xí)中，我會更加熟練地掌握這些思想，并且學(xué)習(xí)跟多的知識來武裝自己的頭腦。在分析設(shè)計過程中，主要得出以下幾方面的結(jié)論：通過對機身靜態(tài)有限元分析發(fā)現(xiàn):機身的高應(yīng)力區(qū)集中在上支撐板以及工作臺前、后側(cè)板的過渡圓角處，這主要是由于彎曲應(yīng)力、拉力應(yīng)力和應(yīng)力集中共同作用的結(jié)果。兩側(cè)板中間的筋板受力較小，靜態(tài)下不會對設(shè)備造成危害。分別通過提取應(yīng)力集中區(qū)域的最大等效應(yīng)力及機身在公稱壓力下的角剛度，發(fā)現(xiàn)該款機身設(shè)計滿足機床的工作要求。對機身進行模態(tài)分析，列出結(jié)構(gòu)的前十階固有頻率和固有振型，為后續(xù)改進奠定了基礎(chǔ)。原壓力機的最大應(yīng)力及應(yīng)變都較小，且都集中在工作臺附近，因此，需要對機身進行改進設(shè)計，通過對三種方案的比較，第三種方案的最大應(yīng)力及形變較適中，且體積較小，因此，最終選擇第三種方案為最優(yōu)方案。6.2展望由于個人的知識水平、設(shè)計優(yōu)化經(jīng)驗以及時間等各方面原因，對MT200壓力機機身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進的研究學(xué)習(xí)仍不夠全面，仍需進行進一步的深入研究。今后可以從如下幾個方向進行研究：細化有限元分析模型。所建的有限元分析模型不夠精確，建模時為減少計算時間和工作量，簡化了機身的部分結(jié)構(gòu)。今后可對其進行細化，以提高模型的精度，提高分析計算的精確性。壓力機機身的外形設(shè)計還不夠美觀，可以進一步進行設(shè)計美化。在壓力機的靜態(tài)分析中，有限元模型的建立及修正問題，在條件允許下引進試驗進行驗證，以在試驗上確定建立的有限元模型是比較吻合壓力機實際工作狀況的。致謝雖然近三個月時間的畢業(yè)課程設(shè)計就這樣過去了，但是我感覺這是大學(xué)生活中很有意義的一段時光。感謝我的導(dǎo)師鄭翔教授，她嚴謹細致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。這片論文的每個實驗細節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開你的細心指導(dǎo)。當(dāng)然，在這次畢業(yè)設(shè)計過程中也要感謝我們的師兄吳茂磊同學(xué)，他認真踏實的態(tài)度，不厭其煩的幫同學(xué)們解決設(shè)計中的一系列的問題。他的幫助也是我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計的保障。最后，感謝我的同學(xué)。當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計碰到問題和沮喪的時候，是他們在默默地支持，一起努力完成畢業(yè)設(shè)計。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！參考文獻金風(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.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.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.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.張晉紅.吳風(fēng)林.有限元法及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].綜述.2007.04.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.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).王亞利.ANSYS軟件在機械結(jié)構(gòu)中分析中的應(yīng)用.[M].樊炳輝.焦浩.賈娜.基于ANSYSWorkBench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.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.龔曙光.ANSYS基礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析.機械工業(yè)出社周平.新型壓力機機身有限元分析及優(yōu)化碩士學(xué)位論文].南京：南京理工大學(xué).雷小燕.有限元法.中國鐵道出版社張洪武.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江克斌.屠義強,.邵飛.結(jié)構(gòu)分析有限元原理及ANSYS實現(xiàn).:國防工業(yè)出社張祖芳.[D]:[].南京：東南大學(xué)，尚曉江等.中國水利水電出版社.2006.1[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2004雷小燕.有限元法.中國鐵道出版社基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊