短行程全预紧组合框架结构内高压成形机强度与刚度分析

短行程内高压成形机具有合模速度快、主缸行程小、快速建立合模力和生产效率高等优点。为了降低应力的脉动幅值,提高机架的疲劳寿命并保证内高压成形件的精度,短行程内高压成形机的本体结构采用预应力组合框架结构。因此首先通过传统材料力学的方法,对承载横梁进行强度和刚度的理论校核,横梁的最大主应力和最大变形挠度均在许用范围内。通过数值模拟,分析了满载时机身的应力分布、变形挠度、立柱的横向相对偏移量以及横梁与立柱接合面的形态。结果表明:机身的等效应力不超过100 MPa,最大变形挠度为0.184 mm·m-1,立柱横向偏移量为0.49 mm,最大纵向缝隙为0.02 mm。机身结构的强度和刚度均符合设计要求。     

GMCU2060龙门加工中心横梁结构有限元分析

建立GMCU2060横梁移动龙门加工中心横梁有限元模型,对横梁进行静动态刚度分析,结果表明:横梁结构中加强筋相对薄弱。提出在其余参数不变的前提下、增加加强筋厚度的改进方案。分析结果表明:在质量不增加的情况下,改进后的横梁在重力作用下的最大变形为0.029 mm,一阶固有频率由96 Hz提高到115 Hz,满足设计指标要求。     

开放式加工设备整机静动态特性分析及其优化

以开放式铝材构件加工设备为研究对象,对整机结构进行了静动态特性分析及其优化设计。分析了考虑切削力情况下整机静力变形情况与各部件变形量占系统总变形量的百分比、找出了系统静刚度的薄弱环节;通过整机模态分析获得了前6阶固有频率及振型,找出了整机动态特性薄弱环节;对薄弱环节——横梁及滑枕进行了优化。为研究此类加工设备静动态特性及其结构优化设计提供理论基础,有助于提升窄长铝材构件加工质量,促进相关行业发展。     

四辊光整机牌坊的设计与研究

针对热镀锌板的光整工艺要求,对四辊光整机牌坊进行结构和尺寸设计,并应用Ansys软件对光整机牌坊进行应力、应变和位移的有限元分析,通过分析得出:最大应力值出现在上横梁圆柱体与立柱上部的过渡圆角处,最大应力值小于材料的屈服极限,满足强度要求。单个机架在6 000k N轧制力作用下,机架Y方向的总变形为0.98 mm,机架X方向的总变形为立柱在M2作用下的弯曲变形,造成立柱中部内弯1.213 mm,满足牌坊刚性要求。     

1250 mm辊锻机工作部分刚度有限元分析

通过分析辊锻机的工作原理及性能特点,建立了辊锻机工作部分的三维模型.应用有限元软件,采用线弹性和接触分析办法对自主研发的1250mm辊锻机工作部分进行整体有限元分析,综合考虑机架的变形和锻辊的变形,得出了辊锻机锻辊在辊锻过程中的位移分布,其中第3道次最大变形量最大,为1.7269mm.本文计算出了辊锻机的整体刚度,并与通常锻压机械的许用刚度对比得出,1250mm辊锻机的刚度刚度满足设计要求.     

1250mm辊锻机工作部分刚度有限元分析

通过分析辊锻机的工作原理及性能特点,建立了辊锻机工作部分的三维模型。应用有限元软件,采用线弹性和接触分析办法对自主研发的1250mm辊锻机工作部分进行整体有限元分析,综合考虑机架的变形和锻辊的变形,得出了辊锻机锻辊在辊锻过程中的位移分布,其中第3道次最大变形量最大,为1.7269mm。本文计算出了辊锻机的整体刚度,并与通常锻压机械的许用刚度对比得出,1250mm辊锻机的刚度刚度满足设计要求。     

基于蒙特卡洛法的3D打印机定位精度分析

为了研究在各种误差源综合作用的条件下,FDM桌面3D打印机挤出机头相对于热床的定位精度情况,通过蒙特卡洛法对其定位精度进行评估。根据多刚体系统理论,建立3D打印机的拓扑结构模型;基于仪器精度理论,对误差向量进行综合分析,分析步进电机在运动过程中,各种误差源在x,y,z方向引入的误差向量,建立3D打印机的误差传递模型;通过蒙特卡洛法对在各种误差源综合作用的情况下打印机挤出机头的定位精度进行仿真计算。结果表明:在置信概率95%情况下,挤出机头相对于热床在x,y,z 3个方向上的定位输出及其扩展不确定度分别为x=(70±0.099)mm,y=(50±0.100)mm,z=(20±0.518)mm。该方法可用于分析影响定位精度的主要因素,进行误差补偿,提高定位精度;也可应用到精密仪器设计中用于精度分配计算,合理分配多刚体结构各环节的精度指标。     

轻量化倾翻保护结构侧向加载与时域变形研究

工程机械倾翻保护结构(ROPS)轻量化是其安全设计的发展趋势,对轻量化改制后某轮式装载机ROPS进行侧向加载,通过贴应变片方法对其时域变形进行研究分析。实验结果表明:ROPS横梁与立柱各减薄5 mm后,改用Q345B材质和加强焊缝连接可满足ISO3471侧向加载要求和能量吸收标准。侧向加载力达到标准值时,能量值为标准值的30%,能量值达到标准值时侧向承载极限为标准值的1.4倍;横梁(W)中心位置靠近加载区域先进入塑性变形区,两侧变形呈近似对称分布;横梁(L)出现塑性铰呈近似S型变形;立柱(Z)靠近加载端位置先进入塑性变形,中心以下部位不会发生塑性变形,刚度远比横梁大。     

基于有限元分析的现场铣床横梁结构优化

针对在加工中由于横梁部件刚度不足在工件表面产生波纹状刀痕的情况,使用三维软件Solidworks以及有限元分析插件CosmosWorks对现场铣床进行建模和静、动态性能的分析,依据横梁振动相对变形的振型和幅值,以及机床的工作环境和机床设计的结构力学理论,提出了对横梁的几项改进建议,通过有限元分析其性能有较大提高,并通过模态实验进行验证,将实测值与理论值对比可知,改进后横梁具有较好的静、动态性能,证明横梁结构的优化设计是可行的.     

某车载雷达天线座支座焊接结构的工程分析与研究

根据某车载雷达天线座制动支座和驱动支座的使用情况,分析和比较焊接、铸造的两种结构的特点,决定采用焊接结构,同时采用特殊的焊接结构形式,通过有限元分析软件分析支座的变形和应力,得出支座的最大变形为0.464 mm,都在设计要求的刚度和变形范围之内,满足系统对支座的刚度需求。     

五轴龙门木工雕刻机关键部件设计与刚度分析

介绍了五轴龙门木工雕刻机的总体机械结构、电主轴工作原理及安装方法,该五轴木工数控雕刻机采用基于双摆动（A/C）电主轴的大型龙门式定梁定柱结构,具有加工跨距大、加工效率高、刚度高等特点,适应于批量或高精度加工。对龙门横梁等关键部件进行三维建模与CAE静刚度分析。分析结果表明所设计的五轴龙门木工数控雕刻机满足刚度要求。     

钛合金侧铣加工残余应力与变形研究北大核心

为研究加工残余应力对钛合金薄壁结构变形的影响,利用有限元软件建立2D切削模型,分析每齿进给量与刀具刃口半径对加工表面残余应力的影响。利用切削仿真得到的残余应力对薄壁件进行变形仿真分析;分别以每齿进给量0.06、0.08 mm进行闭腔侧铣试验。结果表明:与实测值相比,仿真表面残余应力误差约为20%、最大变形量误差约为12%。所提方法具有一定的可靠性与可行性。     

基于固有应变法预测双丝CO_2气体保护焊液压支架顶梁变形

采用双丝CO2气体保护焊方法焊接30 mm厚Q690D钢板全尺寸液压支架顶梁.基于温度热源和热弹塑性算法对局部顶梁结构焊接变形进行计算,获得焊接固有应变,然后将固有应变施加在全尺寸壳单元顶梁模型上进行弹性计算,最终得到液压支架顶梁结构的焊接变形.结果表明,结合小结构模型的热弹塑性法和大结构固有应变法,能高效预测大型结构的焊接变形且能保证一定精度,预测的液压支架顶梁焊接变形结果与试验结果符合较好;液压支架顶梁的焊接变形主要为角变形,且两侧分布不对称.     

Modeling the machining stability of a vertical milling machine under the influence of the preloaded linear guide

The prediction of machining stability is of great importance for the design of a machine tool capable of high-precision and high-speed machining. The machining performance is determined by the frequency characteristics of the machine tool structure and the dynamics of the cutting process, and can be expressed in terms of a stability lobe diagram. The aim of this study is to develop a finite element model to evaluate the dynamic characteristics and machining stability of a vertical milling system. Rolling interfaces with a contact stiffness defined by Hertz theory were used to couple the linear components and the machine structures in the finite element model. Using the model, the vibration mode that had a dominant influence on the dynamic stiffness and the machining stability was determined. The results of the finite element simulations reveal that linear guides with different preloads greatly affect the dynamic behavior and milling stability of the vertical column spindle head system. These results were validated by performing vibration and machining tests. We conclude that the proposed model can be used to accurately evaluate the dynamic performance of machine tool systems designed with various configurations and with different linear rolling components.     

Optimization of multiple tuned mass dampers to suppress machine tool chatter

Chatter is more detrimental to machining due to its instability than forced vibrations. This paper presents design and optimal tuning of multiple tuned mass dampers (TMDs) to increase chatter resistance of machine tool structures. Chatter free critical depth of cut of a machine is inversely proportional to the negative real part of frequency response function (FRF) at the tool–workpiece interface. Instead of targeting reduction of magnitude, the negative real part of FRF of the machine is reduced by designing single and multiple TMD systems. The TMDs are designed to have equal masses, and their damping and stiffness values are optimized to improve chatter resistance using minimax numerical optimization algorithm. It is shown that multiple TMDs need more accurate tuning of stiffness and natural frequency of each TMD, but are more robust to uncertainties in damping and input dynamic parameters in comparison with single TMD applications. The proposed tuned damper design and optimization strategy is experimentally illustrated to increase chatter free depth of cuts.     

基于角度逼近的马鞍形曲线自动焊接插补算法

介绍了马鞍形曲线自动焊接系统的工作原理、插补算法及软件实现.系统通过x,y,z三轴联动,控制焊枪实现马鞍形曲线焊缝的自动焊接.在基于角度逼近的平面圆弧插补算法的基础上,分析了马鞍形曲线空间几何特点,根据x,y,z三坐标的空间几何关系设计了一个插补决策.算法利用焊枪对马鞍形曲线焊缝在xOz平面内投影轨迹的回转联动y轴运动来拟合马鞍形曲线,从而解决了马鞍形曲线焊缝的自动焊接问题.由该算法实现的程序结构简单,易于实现,而且运行效率高,插补出的曲线均匀且误差小.     

基于Design Explorer的激光切割机横梁优化设计

以某型激光切割机横梁为研究对象,使用ANSYS Design Explorer优化设计模块,将激光切割机横梁的加强筋尺寸、壁厚、矩形孔作为主要的优化参数,在该横梁原强度和刚度不变的前提下对其进行轻量化设计。分别使用优化前后的2个横梁进行工件切割试验,试验结果表明:优化后该横梁的总变形、应力、应变最大值有所下降且分布得到改善,切割工件的切割质量得到提升,质量减少了10.5%     

基于abaqus的加工中心大型横梁有限元分析及优化

某加工中心的部件横梁刚度不足,致使被加工的工件的表面产生波纹状刀痕。针对上述情况,首先使用Solidworks建模,然后导入有限元分析软件abaqus中,对该横梁进行静、动态性能的分析,根据分析结果,首先调整边界约束条件,然后依据横梁的结构尺寸参数对其质量影响的灵敏度分析报告,以及该加工中心所属厂方的改进要求,对横梁的结构尺寸参数进行调整,调整后的模型再次导入abaqus中分析,依据分析结果,重复调整尺寸参数,直至横梁的刚度和质量均达到预期要求。     

Functionally Graded Stainless Steel Fabricated by Direct Laser Deposition: Anisotropy of Mechanical Properties and Hardness

Direct laser metal deposition is a kind of advanced rapid manufacturing technology, which can produce near net shape parts by depositing metal powders layer by layer. This study demonstrates fabrication, the anisotropy of mechanical properties and hardness of a graded steel. The characteristics of constituent phases, microstructure, mechanical anisotropy, and microhardness were investigated using electron backscatter diffraction, optical microscopy, tensile test machine, and microhardness tester. It was found that the graded steel is dense and free of cracks. The crystal structures of the as-built samples evolved in three grades from fcc structures to fcc+bcc structures and then to bcc+fcc structures. Samples in x and z directions showed obvious mechanical anisotropy. The samples machined in x direction showed higher strength and lower elongation than those machined in z direction due to the presence of lack-of-fusion pores and the higher metallurgical bonding between layers in the x direction. The microhardness of the as-built samples increased along the cross section from the substrate(159.7 HV) to the top surface(545.4 HV).