闭式双点框架式机械压力机机身结构的拓扑-几何优化设计

以APE400闭式双点整体框架式压力机为对象,针对质量占比大且承载关键的机身底座和立柱,开展面向制造的机身结构拓扑-几何参数优化研究。分析了原压力机机身结构的静力学性能,明确了下模具与底座固定和滑动摩擦接触两种连接方式对其变形的影响,后者台面变形要大于前者,采用滑动摩擦接触模拟验证机身结构更为保守且更贴近实际。而后,采用变密度拓扑优化方法,分别获得了支撑模具的底座、机身侧立柱的材料拓扑构成,并根据实际板焊接制造工艺,建立了机身新型结构的参数化模型。最后,采用响应面优化方法进行几何参数寻优,对比了优化模型与原机型的性能指标。结果表明,当模具上台面变形差值在0.19 mm时能实现减重3130 kg,而与原机型的变形差值相同(0.26 mm)时能减重3803 kg,减重比达到18.46%,结构轻量化效果非常显著。     

基于最优拓扑概念构型的压力机机身精度优化

为提高压力机的结构刚度、保证压力机机身在工作状态下的精度，以JH31-250压力机为研究对象，探索压力机机身结构的优化设计方法。采用Abaqus软件对压力机机身进行结构模态与静强度分析，并运用拓扑优化技术对机身结构进行概念构型寻优，据此选定两侧壁支撑结构作为设计域进行构型和尺寸优化。以规整后机身筋板结构的几何尺寸为优化参数、以工作台与机身曲轴支撑孔间的相对位移为优化目标，建立响应面模型，结合粒子群算法进行模型寻优，获取最优的结构几何参数，最终实现对压力机机身结构的优化设计。优化结果表明：优化前压力机机身内侧及方孔前侧存在明显的应力集中现象，优化后机身结构的等效应力与总位移均有所下降，工作台与支撑孔间的相对位移为0.2548 mm,变形量下降了40.03%,机身工作精度得到提高。对优化后机身结构进行动力学分析验证，发现在多种工作激振源频率下，优化后压力机结构不会发生共振现象，满足使用要求。研究结构可为同类型产品结构优化提供参考。     

基于Optistruct的伺服压力机机身拓扑优化

利用Hypermesh软件中的Optistruct模块建立了伺服压力机机身的三维有限元模型[1],对机身进行了静力和模态分析.应用渐进结构优化算法对机身进行了基于位移、应力和频率约束的拓扑优化,在满足压力机性能要求的条件下减轻了机身重量.为机身的合理设计与改进提供了可靠的依据.     

基于Workbench的重型电动数控螺旋压力机机身轻量化设计

针对当前压力机机身笨重与材料浪费的问题,以EP-12500重型电动数控螺旋压力机机身为研究对象,探索压力机机身结构的轻量化设计方法。首先,基于Workbench对压力机机身进行有限元分析,得到机身应力值远小于材料屈服强度的非承载区域;然后,采用拓扑优化模块对机身非承载区域进行拓扑优化;最后,以质量最小化为目标,确定机身结构材料去除区域的具体位置,实现对机身结构的轻量化设计。优化结果表明：优化后压力机机身的体积与质量均减小了9.65%,实现了机身轻量化,减少了制造成本;机身预紧工况下最大变形量增加了0.17 mm,打击工况下最大变形量增加不足0.01 mm,与原机身变形基本一致;机身预紧工况下垂直刚度为8.21 MN·mm^-1,打击工况下垂直刚度为13.08 MN·mm^-1,均满足使用要求;机身预紧工况下最大等效应力降低了2.51%,打击工况下最大等效应力降低了18.3%,降低了底座承受的冲击力,提高了底座的使用寿命。     

基于滑块轻量化设计的减振研究

为了降低机械压力机的振动、提高工件质量,对压力机的曲柄滑块机构产生的惯性力特点进行分析,得出滑块质量是影响惯性力的主要因素之一。以减轻滑块质量、降低等效惯性力为目标,在不影响滑块强度和刚度的情况下,利用ANSYS Workbench的拓扑优化板块对滑块进行拓扑优化分析,通过仿真分析得出优化前后滑块的质量降低了16%,验证了该方法的可行性。同时,建立了压力机单自由度系统振动模型,以机身振动响应为目标,分析比较滑块拓扑优化前后的振动响应曲线。结果表明：滑块拓扑优化前后最大振动幅值降低了14.3%,验证了该方法的可靠性,能够为机械压力机的减振提供一定的参考。     

压力机组合式机身的拓扑优化研究

本文以JF36-800M 8000kN闭式双点压力机为研究对象,对机身进行拓扑优化。优化选用HyperWorks中的OptiStruct求解器,重点研究产品的概念设计和精细设计。OptiStruct中含有可以将拓扑优化结果转换为三维实体模型的OSSmooth工具,可将优化后的拓扑结构生成IGES等格式文件,导入到CAD软件中进行再次设计^[1]。拓扑优化通过寻找材料的最优分布来实现机身的轻量化设计。基于优化结果,对机身结构进行改进设计,使机身在满足使用性能的前提下,所用材料最少,达到减轻自身重量、节约制造成本的目的。     

基于有限元计算的冷锻压力机组合机身的结构优化

以连杆式冷锻压力机的闭式组合机身为研究对象,将机身三维模型导入Workbench中建立有限元分析模型,进行静力学分析和模态计算,得到机身应力整体在160 MPa以下,机身挠度为0. 36 mm,一阶频率为15. 886 Hz,均满足使用要求。立柱Z向变形为0. 32 mm,超过许用值0. 2 mm,因此机身有优化的余量和必要。采用多目标优化的方法,以静力学分析为基础,定义机身不同板厚为设计变量,设置机身受到的应力、立柱Z向变形为约束条件,以机身重量为目标函数。对比3组不同计算结果得到的优化方案,选择方案1:机身重量由73828 kg变为66706 kg,机身重量减少9. 6%,实现了机身的轻量化。对优化后的机身进行刚度计算和模态分析,得到机身挠度为0. 35 mm,立柱Z向变形量为0. 18 mm,一阶频率为15. 688 Hz,可以满足实际使用要求。因此在压力机设计中,可以考虑减薄板厚,以实现在满足使用要求的前提下达到机身减重、降低制造成本的可能。     

开式压力机机身受力分析及优化

为了提高开式压力机机身的力学性能,以某开式压力机机身为例,运用Solidworks建立其仿真模型,运用有限元分析软件对其进行静力分析。依据分析结果对机身局部结构进行优化分析,从而得到机身局部结构的合理参数,为压力机的优化设计提供了一种新的思路与理论依据。     

开式压力机机身瞬态响应分析与优化

以某压力机机身为分析对象,运用有限元分析软件、采用FULL法对其进行瞬态计算,并对结果进行分析,获得该类机器在动态力作用下的工作特性.运用有限元分析软件、采用退化原理对机身进行拓扑优化计算,根据动态计算结果和拓扑优化分析结果对结构进行优化设计.仿真结果表明:改进后的结构在保证机身刚度的基础上质量减轻5%且应力分布更均匀.     

闭式单点高速压力机机身的有限元分析

运用三维设计软件Solidworks 2016建立了闭式单点高速压力机机身的3D模型,并根据其结构特点,利用有限元分析软件ANSYS Workbench15.0对其进行静力学分析和模态分析,得到机身的总变形云图、有效应力云图、机身前六阶固有频率及相应的振型图,并对模拟结果进行分析,为机身结构的优化设计提供必要的理论参考。     

基于ANSYS Workbench的龙门式折弯机机架模态分析及工作台拓扑优化

为研究龙门式折弯机的静力学性能及其在满载工作时机架的抗振性能,运用ANSYS Workbench对一款龙门式折弯机机架进行有预应力的模态分析,得到静力学分析结果和前6阶固有频率及对应振型。利用拓扑优化,对折弯机工作台进行去除材料的形状优化,根据拓扑优化云图修整形状尺寸,然后在Solid Works中对工作台模型进行重建,将优化后的模型再次导入ANSYS Workbench中进行预应力模态分析,对优化前、后机架的静力学性能和动态特性进行比较和分析。最终,优化后的工作台质量减轻了11.7%,最大等效应力也有所减小,并且,龙门式折弯机的抗振性能不会受到影响,确定了拓扑优化的可行性。     

压剪试验机机架拓扑优化及仿真分析

以实现压剪试验机机架的轻量化为目标，分析压剪试验机机架在极限工况下的受力情况，通过Abaqus软件对压剪试验机机架进行静力分析；通过变密度拓扑优化方法对压剪试验机机架进行拓扑优化，并据此进行模型重建；不仅对比分析优化前后机架的静力特性，还对比分析优化前后机架自身的模态特性与突然卸载后的动力特性。结果表明：优化后的压剪试验机机架质量比优化前减轻了14.5%;最大静应力小于材料的屈服强度，最大位移小于允许最大位移量，满足静强度与静刚度要求；各阶模态的固有频率远大于工作频率，满足动刚度要求；突然卸载后，机架上横梁、立柱、底座的最大动应力均小于材料的屈服强度，满足动强度要求。     

直驱机床矿物质材料龙门框架优化设计及分析

为了加工直径320 mm,高度250 mm的工件,在保证各类相关尺寸的情况下设计了一种床身和龙门框架为矿物质材料的五轴直驱复合加工中心。为了减轻机床的质量并降低其重心,对矿物质材料龙门框架进行以提高模态性能和柔度最小化为目标的拓扑优化设计,再用多目标遗传算法对拓扑优化后的龙门框架进行尺寸优化,并前后多次对其动、静态性能进行仿真分析和比较。对比市场现有铸铁龙门框架与最终优化后的矿物质材料龙门框架,结果显示：矿物质材料龙门框架质量上降低了15.03％,最大变形降低了8.7％,最大应力降低56.68％,一阶固有频率增大了23.45％。优化后的矿物质材料龙门框架在静、动态特性以及轻量化方面都要明显优于铸铁龙门框架支承件。     

基于正交试验与APDL的液压机结构优化

基于框架式液压机结构的有限元分析模型,首先根据ANSYS Workbench分析确定床身轻量化优化对象为各类筋板,并且借助正交试验法初步确定了立柱筋板的布局,进而采用APDL参数化模型优化了6种主要筋板的厚度及立柱筋板间距,最后通过仿真验证了模型改进后的设计性能,发现最大位移和最大应力有所降低,床身质量减少了1701....     

压力机机架设计的有限元分析

以压力机机架为研究对象,用ANSYS软件对2种设计方案的机架结构进行静动态分析,获得了机架应力分布和位移分布规律。通过模态分析给出了机架振动的固有频率及相应振型。结果表明,在保证机架强度的条件下,第2种设计方案减少了机架使用材料,机架质量减少了22.6%,降低了生产成本,取得了良好的经济效益。     

基于变密度法深孔钻床主轴箱可靠性拓扑优化

以TBT-ML500深孔钻床主轴箱为研究对象,考虑随机因素的影响,通过基于变密度法的可靠性拓扑优化设计方法,进行了考虑可靠性和稳定性要求的结构轻量化设计。在传统拓扑优化的基础上增加概率约束,建立了应力和位移约束下的可靠性拓扑优化模型;以可靠性指标为约束条件,使用一阶可靠性法和Roenblatt逆变换将可靠性拓扑优化问题解耦为可靠性分析和确定性拓扑优化,最后进行变密度拓扑优化。算例分析结果表明：此方法在实现轻量化的同时更好地满足了实际应用中的安全要求,同时为深孔钻床其他基础件的可靠性拓扑优化提供了参考。     

基于变密度法的动载结构梁拓扑优化设计

自动化流水线中吊臂搬运是比较常见的一种运输形式,吊臂导轨的承重梁在运输货物时承受垂直向下且位置随时间周期性变化的重力作用,造成周期性变化的形变。此形变对整个装置的稳定性、安全性和寿命具有重大影响。对承重梁在运输货物时受力进行分析,以位置变化的动载作为约束,建立基于变密度法的拓扑优化数学模型;引入通用性强的优化准则,采用以卷积方程为基础的过滤器,消除由于棋盘格和网络依赖所造成的不确定性;借用MATLAB建立相应的数学模型进行拓扑优化,根据优化结果建立相应的三维模型,将模型导入ANAYS进行静力变形分析;将试验数据与仿真结果进行对比,验证了仿真结果的可信度和拓扑优化方法的可行性。最终设计在屋顶窗吊装搬运装置中应用效果良好,为此类承重梁结构设计提供了参考。     

高速列车齿轮箱箱体结构设计与静、动态分析

为提高高速列车齿轮箱箱体结构强度,避免因强度不足导致失效问题,应用有限元分析方法对某型号高速列车齿轮箱箱体进行静、动态分析,得到高速列车齿轮箱箱体失效的主要原因是高速列车齿轮箱箱体的结构设计不合理.基于变密度法,建立以高速列车齿轮箱箱体的结构柔顺度最小为优化目标,约束齿轮箱箱体应力和体积的拓扑优化模型;对优化后的箱体进...     

闭式数控回转头压力机机身有限元分析及优化设计

采用三维板单元,通过MARC软件包对空间板系结构的闭式数控回转头压力机机身进行了静态有限元分析,并对机身强度和刚度指标进行了实际测试.在详细研究构成机身的各板材的几何参数对机身受力及变形状况影响的基础上,给出了机身改进的优化设计方案.