本期导读

<正>基于固有频率分布的床身优化设计研究在航空航天、船舶制造、精密模具以及汽车工业等制造行业领域里,精密卧式加工中心是关键的加工制造设备。在整个精密卧式加工中心的组成部分中,床身起着支撑和连接工作台、立柱等关键零部件的作用,并与整机性能密切相关,因此有必要对床身进行动态特性分析与结构优化。建立床身简化实体模型,基于HypeMesh进行了网格划分,建立床身的有限元模型,分析计算了床身的前六阶固有频率与振型;根倨正交试验原     

基于多频拓扑优化的深孔机床床身动态分析

为了提高深孔钻床床身的抗振性并减轻重量,将多频拓扑优化技术引入床身的结构设计,对其进行了动态特性研究。首先利用ANSYS有限元分析软件对原床身结构进行了模态分析,识别出床身结构的薄弱设计;其次,以床身的前三阶固有频率最大化为目标函数,以床身质量为约束条件,对床身进行多频拓扑优化;在此基础上,根据密度云图所示材料分布,对床身筋板进行重构设计;最后,对优化前后的床身进行谐响应分析,对其动态性能进行了验证。结果表明:优化后床身的前三阶固有频率显著提高,同时质量也下降了4.08%,从而达到了提高其动态性能和减重的优化目标。     

BFPC数控车床斜床身拓扑优化设计及其性能分析

为提高机床基础件静、动态性能和轻质性,以某数控车床斜床身为原型,初步设计玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt fiber polymer concrete,BFPC)斜床身,分析典型工况下该床身的受力情况,并对两种床身的静态、动态特性和质量进行仿真分析和计算;对BFPC床身进行拓扑优化设计,根据拓扑优化设计结果和BFPC床身的制造工艺性,重构BFPC床身结构,以其减重孔尺寸参数为因素,以其前六阶模态的固有频率和质量为试验指标,进行单因素轮换试验研究,最终确定其数值;对优化后的BFPC床身的静、动态性能和轻质性进行仿真分析和计算,再与原型和优化前的BFPC床身的相应性能进行对比分析。结果表明,拓扑优化设计后的BFPC床身在静、动态性能和轻质性方面都明显优于后两种床身。     

数控插齿机床身的静动多目标拓扑优化设计

为了提高数控插齿机床身结构静刚度和动态性能,基于SIMP材料插值方法,采用折衷规划法,建立以刚度最大化和低阶模态频率最大化的多目标拓扑优化模型,对数控插齿机床身进行拓扑优化,得到最佳拓扑形式。根据拓扑形式重构床身模型,并对原结构模型和重构模型进行分析,结果表明,经过拓扑的结构能同时满足数控插齿机床身静刚度和振动低阶频率的要求,为数控插齿机床身结构拓扑优化设计提供一种方案。     

深孔钻床床身的拓扑轻量化设计

为了实现深孔机床的轻量化设计,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床床身进行了结构优化设计。首先,利用UG对Z8016的床身初始结构进行了三维建模并导入HyperWorks进行模态分析,然后,根据变密度法的基本思想,建立以床身结构的相对密度为设计变量,以体积分数(质量)最小化为目标函数,一阶固有频率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,得到了床身材料的最优分布图,最后根据优化方案对初始结构进行了重构设计。研究结果表明,改进后的床身结构,一阶固有频率基本保持不变,质量减少11.2%,满足设计要求。     

冷镦机床身再设计孔洞的形状优化

针对冷镦机床身的拓扑优化在剔除材料的同时削弱了床身的整体力学性能,提出在冷镦机床身结构拓扑优化后的再设计孔洞区域进行形状优化,即以床身多约束拓扑优化后的再设计孔洞,作为形状优化的设计变量,建立多边界的形状优化模型;描述了形状优化中的Laplacian光顺算法,构建了冷镦机床身再设计孔洞的形状优化过程,并在Abaqus中分别实现了某型号冷镦机床身再设计后单一孔洞和多孔洞的形状优化,分析了不同优化结果对床身整体性能的影响,验证了所提出方法的有效性。     

基于Creo Simulate的冰激凌灌装机床身有限元分析及优化

利用有限元分析软件Creo Simulate对某公司生产的系列冰激凌灌装机的床身进行模态;根据仿真分析结果,针对床身设计中的薄弱环节进行结构优化,对改进后的床身进行模态分析.结果表明,优化后床身的结构性能较原设计得到显著提高.     

温热理疗床身模态分析及其结构优化

针对KM01型温热理疗床存在的结构振动和噪声偏大的问题,运用有限元分析软件HyperWorks计算理疗床身的结构模态参数,以此为基础,基于拓扑优化的基本理论,建立理疗床身的简化模型.根据对理疗床身简化模型拓扑优化的结果,对理疗床身的结构改进提出了建议并进行了尝试.     

基于拓扑优化与正交试验的锚机机架轻量化研究

针对锚机大容量、小体积、长寿命的需求现状，将拓扑优化和正交试验法相结合对机架进行轻量化研究。根据静力学分析结果，建立以锚机机架结构柔度最小为优化目标的拓扑优化模型，对机架进行拓扑优化设计并对模型进行重构，接着对机架进行尺寸优化设计，通过ANSYS模拟正交试验，利用最小二乘法建立回归方程，进而得到机架优化的数学模型进行轻量化计算。对优化设计后的机架进行静力学分析，将分析结果与优化前的分析结果进行对比。结果表明：在满足机架强度和刚度要求的前提下，机架重量减小了15.27%，为锚机轻量化研究提供参考。     

高刚度轻质量的机床床身优化设计方法研究

针对某型外圆磨床的床身结构,根据有限元分析的结构分析结果改进其结构缺陷,采取降低导轨过渡壁高度、设计独立液压箱、改变支承位置等措施,在提高床身刚度的同时减轻了床身质量。对于改进后的床身结构,以多工况下加权应变能之和最小为目标进行拓扑优化设计,得到床身内部加强筋板的最佳分布形式,再以试验设计(DOE)作为灵敏度分析的方法筛选出对床身质量和应变能影响关键的尺寸变量,构建以床身质量最小为目标的尺寸优化数学模型,以序列二次规划算法(SQP)完成最终的尺寸优化。优化结果显示,优化后新床身的刚度较原床身提高了2.49倍,质量减少22.14%,实现了高刚度、轻质量的床身优化设计。