ANSYS下数控车床床身拓扑优化设计

为获得较好的设计方案,将有限元和结构拓扑优化方法应用于数控机床设计.以减重为优化目标,利用ANSYS对数控车床床身进行了拓扑优化,并利用Pro/Mechanica对优化结果进行了动静态分析.结果表明改进后的床身结构在保持原结构的静强度和动态特性的同时比原设计方案的用料减少了12.019kg.     

基于元结构的加工中心立柱动态优化设计

以加工中心立柱为研究对象,根据快速设计及框架结构优选的设计思想,利用结构动态设计原理及有限元分析技术对立柱进行动态设计分析与结构优化.首先根据立柱结构的分析提取典型的元结构单元,然后对元结构进行拓扑优化设计,提出若干改进方案,并对改进方案进行模态对比分析.最后以立柱固有频率为优化目标,以优选的元结构为依据,对立柱进行重构设计,提高了立柱的动态特性.在机床的初步设计中,为其部件的优化设计提供了一定的参考价值,缩短了设计周期,提高了设计效率.     

基于ADAMS锻造操作机钳杆机构的优化设计

通过对锻造操作机钳杆机构工作原理的分析,确定了设计变量、约束条件并建立了目标函数,同时也确定了以夹紧力最大为主要设计目标的数学模型.将所确定的设计变量、目标函数转化为ADAMS函数语言,并对该机构进行了参数化设计以及优化计算,找到了影响夹紧力的主要因素,得出了在夹紧力最大为2.2044e 005N时,机构杠杆大臂长度L=1.8762m、小臂长度l=0.6616m,得到了钳杆优化过程夹紧力变化曲线,对ADAMS优化功能的一些问题做了介绍.     

基于拓扑优化方法的回转器箱体结构设计

结构设计中引入拓扑优化技术在克服传统CAE设计过程创新能力不足的同时,也极大地提高了设计效率.论文以某钻机回转器箱体结构设计为例,基于拓扑优化技术,根据回转器工作位置及其部件的安装要求,给出其简易模型,随后对模型的几个受力部位进行详细的受力计算,并在划分网格后设定优化区域,利用变密度法对模型进行拓扑优化后得到概念模型.针对优化结果给出其整体三维模型,然后对新模型进行详细优化,最终得到了全新的模型结构.结果表明,拓扑优化后的结构不但工作空间小,强度能更好地适应设备工作要求,而且设计周期更短.     

基于3D模型的数控机床主轴箱装配和运动仿真研究

在数控机床主轴箱的设计中,采用三维设计方法,利用Pro/E对其进行了三维实体建模及装配设计,并通过动态仿真和干涉分析,以验证设计方案的可行性.该方法提高了产品的设计质量和设计效率,为产品的结构优化设计提供了有效的途径.     

面向微观组织优化的锻造工艺预成形优化设计

以锻件晶粒尺寸细小均匀为目标,以预成形形状设计为对象,提出了锻造成形过程微观组织优化设计方法,构建了锻造成形过程微观组织优化目标函数,并确定锻造成形预成形形状作为优化过程的设计变量,给出了优化设计的具体步骤,采用微观遗传算法和有限元模拟方法开发了锻造过程微观组织优化程序,并对典型的圆柱体镦粗进行了面向微观组织优化的预成形设计,取得了较好的效果.     

基于拓扑优化的深孔钻床主轴箱的结构重构

为有效提高深孔钻床关键件的动态性能并减轻其质量,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床主轴箱进行了结构优化设计.利用Pro/E对Z8016主轴箱初始结构进行了三维建模并导入HyperMesh进行模态分析;根据变密度法的基本思想,建立以箱体结构的相对密度为设计变量、以一阶固有频率最大化为目标函数、以体积分数(质量)为约束条件的拓扑优化模型,并以HyperWorks/OptiStruct软件为工具,对其进行拓扑优化,得到了主轴箱材料的最优分布图;根据优化方案对初始结构进行了重构设计.研究结果表明:改进后的主轴箱结构,一阶固有频率提高了6.71%,质量减少了6.85%,动态特性满足设计要求,从而为深孔加工机床中其他关键部件的结构优化提供了参考.     

卧式加工中心立柱有限元分析及轻量化设计

以卧式加工中心立柱为研究对象,首先利用ANSYS Workbench平台构建其有限元模型,并对其进行静动态特性分析.研究分析结果发现立柱过大的质量将影响其整体性能的提升,是原设计的薄弱环节.然后对模型结构尺寸进行了灵敏度分析,得到对立柱性能影响较大的灵敏尺寸,并将其设置为最终优化设计变量.最后以灵敏尺寸作为优化参数、立柱质量作为优化目标、最大变形量和一阶固有频率作为约束条件对立柱进行了轻量化设计,在保证立柱刚度及固有频率的基础上显著地减小了立柱的质量,达到了轻量化设计的目的.     

响应面法在发动机隔热罩冲压成形工艺参数优化中的应用

借助Dynaform软件,通过与实验结果对比,较准确地建立了某公司生产的发动机隔热罩冲压成形仿真模型.在此模型基础上,采用BBD设计安排实验,以冲压工艺参数为自变量,最大减薄率和起皱率为因变量,分别建立了工艺参数与最大减薄率和起皱率的二次多项式响应面模型,并对两个模型进行优化.以最大减薄率未优化响应面模型为约束,起皱率未优化响应面模型为目标函数,以及最大减薄率优化响应面模型为约束,起皱率优化响应面模型为目标函数,分别对工艺参数进行优化.结果显示,优化后的隔热罩仿真模型最大减薄率和起皱率控制在较好范围,且优化响应面模型的结果更优.     

基于优化方法的钻机回转器关键部件改进设计

针对钻机回转器关健零部件立轴套、箱体结构上出现的问题,利用尺寸优化方法对立轴套轴段内外径、轴段长进行改进设计,利用拓扑优化方法对箱体体积进行优化改进设计,并对改进后的结构进行分析以验证其优化结果的合理性.结果表明,改进后的结构不但满足设计要求而且结构更加合理.     

高速永磁电机转子强度分析

磁钢相对脆弱,保证磁钢结构强度在安全范围内是高速电机设计的一个要点。依靠护套和磁钢过盈配合产生的压力能确保高速电机磁钢不碎裂。为确保电机安全运行,必须根据转子转速、外径等参数对护套厚度和过盈量进行计算和校核。对3种常见磁钢结构进行比较,选择使用实心圆柱结构;通过计算和分析得出如何选择护套的材料、厚度、过盈量;考虑离心力、过盈配合,分析并设计某70 000 r/min永磁同步电机的转子。研究结果为设计高速永磁电机的磁钢和护套提供参考。     

35MnVS非调质钢连杆应用研究

通过对非调质钢35MnVS和调质钢55钢在生产轿车连杆进行的金相组织、结构、性能等方面的对比,说明用35MnVS生产汽车连杆具有较好的性能和经济效益。     

超临界CO2环境13Cr材质腐蚀行为研究

目的：我国南海西部东方气田高温高压,气层温度高达141℃,CO2体积分数高达50%,CO2分压值高达27.9 MPa,井下CO2处于超临界状态,通过模拟井下环境腐蚀实验为该气田选择合适的井下防腐材质。方法室内模拟地层水离子组成与含量,利用高温高压 FCZ 磁力驱动反应釜,选取中国产和日本原产的13Cr钢在东方气田超临界CO2环境进行防腐实验研究,腐蚀前对两种不同产地的金属材料进行化学成分与金相组织对比,腐蚀后对实验样品进行微观观察。结果模拟实际气田井下超临界CO2条件实验结果表明,无论是液相还是气相状态,13Cr马氏体不锈钢均未发生点蚀现象,且均匀腐蚀速率低于0.0013 mm/a,腐蚀产物晶粒均匀,结构致密。结论证实了两种不同产地的13Cr钢在东方气田井下超临界状态下的耐蚀性能相当。考虑高压气井气体流速及地层出砂的影响,探讨了13Cr马氏体不锈钢在超临界 CO2气井中的使用条件,为减少流速与出砂对腐蚀产物膜的破坏,应在实际生产中合理限制产能以降低流速,采取必要的防砂措施减小对油管壁冲刷。     

Simulation of Viscoplastic Deformation of Low Carbon Steel Structures at Elevated Temperatures

The deformation response of a low carbon structural steel subjected to high temperature simulating fire conditions is generated using a viscoplastic material constitutive model which acknowledges the evolution of the material hardening parameters during the loading history. The material model is implemented in an ABAQUS subroutine (UMAT) which requires the determination of the material constants as a function of temperature. Both the temperature dependency and strain-rate sensitivity of the material parameters have been examined by the analysis of a single steel beam and a steel-framed structure subjected to temperatures ranging from 300 to 700?°C. Sequentially coupled thermal-stress analysis is applied to a structure under simulated fire condition. Results of this analysis show that above a transitional temperature, the deformation of the steel is strain-rate dependent. The combined effect of heat flux and loading rate on the complex deformation of a two-story steel structure is examined and the significance of employing a viscoplastic material model is discussed.     

非调质钢弯臂、直臂的开发应用

介绍了非调质钢（30MnVS和35MnVN）与调质钢（40Cr）的材料力学性能试验结果。并依据3种材料的对比试验结果,内在质量检测结果选定30MnVS钢或35MnVN钢为汽车弯、直臂用材,以替代40Cr钢制造弯、直壁,并对使用效果进行了综合性分析。     

表面粗糙度对25Cr3MoA钢氮化层深度和组织的影响

选取25Cr3MoA钢为研究对象,采用不同的机加工方式结合干湿吹砂的方法,制备了不同表面粗糙度的25Cr3MoA钢试样。测量钢的表面粗糙度,然后对不同粗糙度的钢进行氮化处理。测量显微维氏硬度和观察氮化层,研究粗糙度对氮化层深度和组织的影响,分析产生不同差异的原因。     

2.25Cr-1Mo/奥氏体不锈钢堆焊接头熔合区碳的迁移及成分分析

异种钢焊接接头在焊接时或使用期间，发生失效的主要区域通常在熔合区。长期以来，异种钢接头熔合区一直是焊接工作者研究的重点。虽然国内外对异种钢接头的熔合区进行了大量的研究，但仍然有许多问题尚需进一步研究，尤其是基体为铸造组织的铸钢堆焊奥氏体不锈钢，其基体组织和成分的不均匀性也会对熔合区组织产生不利的影响。在此对在2.25Cr-1Mo钢上堆焊奥氏体不锈钢的焊接性试验的基础上，重点研究了堆焊接头熔合区碳的迁移及其成分分析，为正确指导大型汽轮机高压模块申分面堆焊以及类似产品焊接生产提供了理论依据。     

On the processing,microstructure, mechanical and wear properties of cermet/stainless steel layer composites

This study deals with layer composites of carbide reinforcements and stainless steel prepared successfully by powder technology. The layer material consisted of two layers. The top layer consisted of reinforcements (TiC and NbC) and 465 stainless steel as the binder material for the carbides. The bottom layer was entirely of binder material (465 stainless steel). The microstructure of the composite was characterized by scanning electron microscopy. The microstructural study revealed that the top layer (TiC–NbC/465 stainless steel) showed the typical core–rim microstructure of conventional steel bonded cermets and the bottom layer showed the structure of sintered steel. An intermediate layer was found with a gradient microstructure, having a higher carbide content towards the cermet layer and lower carbide content towards the stainless steel layer. The bending strength of the layered material measured in the direction perpendicular to the layer alignment was remarkably high. The variation of strength as a function of the thickness of the bottom layer revealed that the character of the material changed from the cermet, to a layer composite and then towards metallic materials. The wear resistance of the top layer was studied against high speed steel. The wear mechanisms were discussed by means of microscopical observations on the worn surfaces. The wear was severe at higher wear loads and lower TiC content. Microploughing of the stainless steel matrix was found to be the dominant wear mechanism. Heavy microploughing and rapid removal of material from the wear surface was observed at high wear load. The fracture morphologies of the top, bottom and intermediate layers are reported.     

一种铝合金翼开启厢式货车车厢两翼的优化设计

铝合金具有比重小、冲压塑性大、耐腐蚀、回收价值高等优势,有些牌号的铝合金在使用性能上已接近或者超越传统钢铁材料。用铝合金材料替代钢材进行翼开启厢式车开发研究有重要意义。对现有Q235材料车厢两翼结构和铝合金材料两翼相同部分进行有限元分析,对铝合金材料车厢两翼结构进行相应拓扑优化,得近似桥梁桁架的两翼改进结构。分析结果表明:铝合金材料车厢两翼骨架改进结构满足强度等设计要求,翼开启厢式车车厢两翼轻量295%,优化设计取得良好效果。     

基于中间包冶金工艺优化对钢液温度场的研究

以首钢82B连铸凝固传热过程为研究对象,应用FLUENT数值模拟软件对首钢中间包结构优化,研究其对铸坯凝固传热和铸坯凝固质量的影响。研究表明：中间包结构的优化改造,通过减小纵向侧壁钢液液面高度处内壁宽度,适当减小中间包两端的体积,从而减小死区,优化中间包内钢液流动和温度场分布。有利于保持钢液流场的稳定,降低钢液对耐材的侵蚀和钢液中夹杂物的含量,夹杂物的控制保证了82B在拉拔过程中质量缺陷的发生。