基于ANSYS的数控铣床立柱性能分析及结构优化

为改善机床的力学性能,提高整机加工精度,以XK714数控铣床立柱结构为研究对象,采用ANSYS Workbench建立其有限元模型进行优化分析。其静力学分析表明立柱结构整体可靠但设计过于保守,谐响应分析发现立柱前两阶固有频率偏低。运用局部灵敏度分析获取影响立柱性能的关键尺寸,并将其作为设计变量,以立柱的质量,前两阶固有频率和最大形变量作为指标进行结构优化。最终,立柱的一二阶固有频率分别提升15.487%和13.643%,最大形变降低2.32%,并且立柱减重达到10.31%。结果表明:该设计方法可以为机床零部件的设计提供借鉴。     

卧式加工中心立柱的轻量化设计研究

针对传统机床立柱设计中存在材料浪费、刚度不足与设计周期长等缺陷,以某卧式加工中心立柱为研究对象,运用有限元法对立柱进行静力学和模态分析,研究立柱的薄弱环节;然后利用Hyper Mesh软件,在保证立柱性能的前提下,以质量最小化为目标对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布结果设计了新的立柱结构,通过对新立柱进行有限元分析,结果表明,立柱的质量减轻了7.88%,刚度和固有频率均有不同程度的提高,达到了立柱轻量化设计的目标。     

多目标优化与层次分析法相结合的滚齿机立柱改进设计

结合多目标优化与层次分析法在结构设计中的优点,对滚齿机立柱的设计参数进行改进.文章首先运用CAD软件建立滚齿机立柱的参数化模型,并将其导入有限元分析软件AWB中对其进行动静态特性分析;其次通过灵敏度分析得到影响立柱性能的主要设计参数,同时可视化其对目标函数的响应面;然后将设计参数作为优化设计变量,以质量最小、变形量最小和一阶固有频率最大为目标函数对立柱进行多目标优化,得到优化方案的解集合;最后通过层次分析法确定立柱解集合中的各优化方案权重系数,寻找出最优解.     

组合赋权VIKOR法的重型机床动立柱设计优化

针对目前研究人员在进行立柱结构件优化设计时,重点放在立柱局部的结构或尺寸优化方面而对立柱内部筋板结构布局或整体结构布局研究不足,难以满足研发高精度、高可靠性重型机床对立柱高刚度、高抗振性、轻量化等综合需求,提出了组合赋权VIKOR法的重型机床动立柱设计优化方法。该方法综合考虑立柱传统结构、仿生结构、新材料等方面后设计了8种动立柱,然后利用有限元软件对其进行优化并计算了关键性能评价指标数值,最后使用组合赋权VIKOR法找出了最优方案。优化后的动立柱和原方案相比,质量减轻10.4%,1阶固有频率提升74.7%,总体方向静变形量减小31%、热变形量减小13.8%,表明优化后动立柱静态性能和动态性能显著提升,验证了组合赋权VIKOR法的重型机床动立柱设计优化方法有效可行。     

基于拓扑优化与筋板布局的立柱轻量化设计

为了实现机床立柱结构的轻量化设计,对立柱进行拓扑优化研究,根据拓扑优化的材料分布结果设计了立柱的基本外形。根据立柱的外形特点,对比了5种不同类型筋板形式的单元结构,发现W形式的筋板结构材料消耗较少同时综合力学性能较优。选择W形式的筋板对立柱的外形结构进行布局及尺寸优化,得到了最终的立柱结构形式。对新的立柱结构进行有限元分析,结果表明,新设计立柱结构的质量减轻了8.3%,并且其静、动力学性能得到了不同程度的改善,实现了立柱结构的轻量化设计。     

基于GA-GRNN的复合铣床立柱优化

立柱是复合铣床的主要承力部件,其质量直接影响机床的刚性和动态性能,进而影响加工质量,因此对有必要对复合铣床立柱质量进行优化设计。首先采用灵敏度分析法,获得影响立柱质量的敏感尺寸参数;其次基于均匀试验和GRNN神经网络分别建立立柱质量、前2阶固有频率和最大变形量的模型,并通过遗传算法对模型方程进行寻优求解,得出尺寸参数最优解组合;最后在优化后立柱的最大变形量不超过原立柱最大变形量的情况下,优化后的机床立柱的质量减轻了10.09%,前2阶频率分别提高了3.10%、2.42%,证明GA-GRNN优化机床立柱是可靠有效的,可以将其推广到更广泛的领域。     

基于灵敏度分析的机床立柱结构动态优化设计

以固有频率的提高作为衡量结构动态性能的指标,采用灵敏度分析方法对立柱筋板布局和厚度参数进行了优化设计。利用得到的立柱优化方案建立新的整机模型,并进行重新分析以验证立柱的动态优化设计对整机性能的提高。     

VHT800立式车铣加工中心立柱结构静动态优化及轻量化设计

研究了VHT800立式车铣加工中心立柱结构的静动态优化及轻量化设计方法,解决了企业经验设计结构存在的静、动态性能不足以及结构过于笨重的问题.首先基于机床实际典型工况下的立柱载荷及边界条件,运用拓扑优化技术建立了体积约束下的立柱结构多工况静态性能和动态性能多目标拓扑优化概念模型;然后对概念模型进行结构刚度设计及工艺设计.最终为企业提供了新的立柱结构方案,该方案的结构刚度和一阶固有频率比经验设计结构分别提高了13.6%和17.1%,同时质量减轻了9.7%,表明该设计方法能够有效提高机床立柱结构静、动态性能并实现结构轻量化设计.     

刮齿机立柱的模态分析与优化设计

立柱作为刮齿机承载的关键零部件,其刚度和振动特性直接影响机床的加工精度,对刮齿机立柱进行静力学分析和模态分析,得出一种优化设计方案。首先,运用ANSYS进行建模,通过静力学分析找出应变最大处;其次对立柱进行模态分析,明确前6阶振型对刮齿机整体性能的影响,保证工作时的激振频率小于固有频率,避免产生共振损坏机床;然后基于出砂孔和加强筋的分布优化立柱结构,并调整壁厚对立柱进行轻量化设计;最后,通过仿真和模态试验验证设计方案的可行性。优化后立柱的总质量减轻了250.1kg,最大应变减小了7.668μm,达到5级机床精度要求,有效提高了立柱的强度和刚度。     

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.     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

Prospects of the Use of Synergetic Approach to Solution of Problems of the Science of Nanomaterials

A synergetic approach to solution of problems of self-controlled synthesis of nanostructures and creation of self-organizing nanotechnologies is considered in connection with the superproblem of creation of materials with functional properties resembling those of biosystems. __________ Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 7, pp. 55 – 61, July, 2005.     

Kinetics of the oxidation of metals — Influence of self-diffusion of metal

The importance of the self-diffusion of a metal during its oxidation by a gas is treated for the cases of nonstoichiometric oxides having either interstitial cation or cation vacancies. We have established a general relationship for the reaction rate when a mixed diffusion process occurs. From this relationship, we have shown that the pressure dependence can be different, according to whether the rate-determining process is the self-diffusion through the metal or through the product.     

Effect of the Error of Measurement of Current Harmonics on the Accuracy of Determination of Magnetic Characteristics

Metal Science and Heat Treatment - The effect of the error of measurement of the form of current harmonics on the accuracy of determination of weber-ampere characteristics of electrical devices is...     

Features of formation of the structure in production of blanks of disks of heat-resistant nickel alloys

Conclusions To provide a high level of mechanical properties in wrought blanks of cast ÉP741NP and ÉP962 alloys it is necessary to form controlled structures. A necklace-type structure formed in homogenizing isostatic treatment, subsequent thermomechanical working including alternation of the operations of deformation in the (+)-area and recrystallization anneals, and final heat treatment is preferable. The temperature conditions of all stages of thermomechanical working are strictly controlled, especially the final operation of deformation and heating for hardening. To eliminate hardening cracks and distortions it is necessary to use molten salts at t=600°C as quenchants. The use of multiple production operations makes it possible to significantly reduce the structural inhomogeneity related to inhertance of the original dendritic structure. However, the structure of the final semifinished product is nevertheless characterized by a difference in occurrence of the processes of polygonization and recrystallization between the former dendritic cells and the interdendritic spaces in deformation and heat treatment.To obtain structurally homogeneous blanks for gas turbine engine parts it is necessary to use basically new methods of remelting such as vacuum double electrode remelting and electron beam remelting with an intermediate vessel.Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 12, pp. 25–29, December, 1991.