MT200壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計開題報告

廣陵 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計（論文）題目： MT200壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計 指 導(dǎo) 老 師： 2014 年 3 月 20 日 2 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(xiàn)資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 1.1 壓力機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展 現(xiàn) 況 隨著機(jī)電一體化和數(shù)控技術(shù)的飛速進(jìn)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(jī)床相比，鍛壓機(jī)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(dá)國家興起了交流伺服機(jī)直接驅(qū)動壓力機(jī)的 研究和開發(fā)，這種伺服壓力機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)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(yùn)動柔性好、降噪節(jié)能顯著等優(yōu)點。這類壓力機(jī)在日本進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)的設(shè)計和制造技術(shù)。日本 komstsu 公司在伺服壓力機(jī)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(jī)，目前公司根據(jù)各種生產(chǎn)需求，研發(fā)出了機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)、曲柄多連桿伺服壓力機(jī)、液壓式伺服壓力機(jī)等多種類型的伺服壓力機(jī) 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(jī)械壓力機(jī)。 自上世紀(jì)八十年代以來，我國的一些企業(yè)先后引進(jìn)了日本小松制作所得機(jī)械壓力機(jī)、德國埃爾福特公司的機(jī)械多連桿壓力機(jī)、德國舒勒公司的告訴精 密壓力機(jī)等多種壓力機(jī)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(jì)南二機(jī)床研制出我國第一臺大型伺服壓力機(jī)。臺灣金豐企業(yè)開發(fā)了 CM1 型伺服壓力機(jī)。 2007 年廣州鍛壓機(jī)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(jī)。齊二機(jī)床近年先后引進(jìn)了瑞典 APT 研配試沖液壓機(jī)技術(shù)，與上海交通大學(xué)合 3 作成功研制了伺服壓力機(jī)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(jī)，打破了國外大型伺服電機(jī)對中國市場的壟斷，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)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(jī)和最大下壓能力為 20000KN 的雙動壓力機(jī)以及最大下壓能力為 20000KN 的多連桿單動壓力機(jī) 22。 雖然近幾年國內(nèi)伺服壓力機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(kuò)展到三維問題、板殼問題，由靜力學(xué)問題擴(kuò)展到動力學(xué)問題、穩(wěn)定性問題，由結(jié)構(gòu)力學(xué)擴(kuò)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(kuò)展到非線性問題，由彈性材料擴(kuò)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(kuò)展到航天、土木建筑、機(jī)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(kuò)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(jī)進(jìn)行計算；只要適當(dāng)加密單元的網(wǎng)格，就可以達(dá)到工程要求的精度；有限元法采用矩陣形式的表達(dá)，便于編程序，可以充分利用高速電子計算機(jī)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(kuò)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(jī)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。 4 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(jìn)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(jī)的可靠性、安全性、加工精度和使用壽命等是機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計和機(jī)床運(yùn)行應(yīng)考慮的主要問題，基于此，利用solidworks 和 ANSYS 軟件對壓力機(jī)進(jìn)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(jī)的靜剛度、前六階振型及固有頻率，為評價壓力機(jī)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(jī)設(shè)計改進(jìn)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(jī)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(fù)擔(dān)； 2）使用工作流機(jī)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(kuò)展性好，可以集成和擴(kuò)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(xiàn)： 1 金風(fēng)明 .竇志平 .韓新民 .伺服壓力機(jī)在我國的 發(fā)展現(xiàn)狀 J.機(jī)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(jī)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(jī)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(xì)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(kuò)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(jī)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(jī)器人機(jī)械手靜力學(xué)分析 J.制造業(yè)自動化 .2014.02. 5 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(jī)械工業(yè)出社 .2003.1 12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. 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(jī)機(jī)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(jī)械系 .2001 16江克斌 ,.屠義強(qiáng) . 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(jī)機(jī)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(jī)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(jìn) .多連桿機(jī)械式壓力機(jī)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(jī)傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性及機(jī)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(jī)驅(qū)動機(jī)械壓力機(jī)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. 6 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(jī)床有限公司。 MT200 型 壓力機(jī)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(yùn)用有限元分析技術(shù)對 MT200 型 壓力機(jī)進(jìn)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(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)計算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。 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)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)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(jī)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(yùn)用有限元分析軟件 ANSYS 對 MT200 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 10。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)身振動的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對液壓機(jī)工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機(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(jī)機(jī)身 進(jìn)行三維實體建模； (2)了解 MT200 型 壓力機(jī) 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對其進(jìn)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(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， 評價載荷對壓力機(jī)工作 性能的影響 12； (4)對 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(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 14。 2.3 方案制定 1.在 Soildworks 里畫出 MT200 壓力機(jī)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(jìn)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(xì)劃 ”的原則 16。 7 4.對壓力機(jī)進(jìn)行加載：設(shè)備在工作時承受兩個相反方向的載荷，機(jī)身所受載荷簡化為對機(jī)身的兩個方向的均勻載荷。 5.約束條件：壓力機(jī)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(jī)身材料是 Q235A，密度 P=7800kg/m3 7.對壓力機(jī)進(jìn)行應(yīng)力場分析 18。 8.分析壓力機(jī)在加載情況下機(jī)身受力垂直變形以及角變形。 9.對機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜態(tài)優(yōu)化。機(jī)身的優(yōu)化原則是：通過改變機(jī)身結(jié)構(gòu)，應(yīng)用 ANSYS計算出機(jī)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(jī)身焊接結(jié)構(gòu)與鋼板厚度，盡量減輕機(jī)身的重量 19。 10.對壓力機(jī)進(jìn)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(jìn)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