基于ANSYS Workbench的立式车床回转工作台结构优化设计

基于ANSYS Workbench平台,以某数控立式车床回转工作台为研究对象,利用拓扑优化和尺寸优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计研究。分析结果表明:与原设计方案相比较,优化改进后的回转工作台质量减少了24.97%,最大变形量减小了39.8%,而且一阶固有频率也由399.9 Hz提高到474.9 Hz。     

基于有限元的机床滑鞍结构的动特性分析

滑鞍是数控加工中心关键零部件之一,其结构性能对数控机床的加工精度起重要影响作用.为了深入掌握该机型滑鞍的静动态性能,利用有限元计算手段,借助计算机及ANSYS软件的使用,对该滑鞍结构进行了模态分析及谐响应分析.结果表明:滑鞍的静位移变形量,动态性能都能满足精密机的要求.通过谐响应分析,得到了在简谐载荷作用下的振动响应,在激振力频率为330Hz和900Hz时容易产生共振.并得到了一些重要结论.验证了滑鞍的抗振性能,为滑鞍结构设计提供了必要的理论依据.     

卧式加工中心部件的结构分析及轻量化设计

以某型号卧式加工中心的滑鞍为研究对象,首先对其进行结构分析改进,其次分析了其内部结构参数对其结构的静态和动态性能的影响情况,为其轻量化设计提供理论依据,再者并通过对滑鞍的结构拓扑优化分析印证了分析结果.最后根据分析结果提出改进方案,成功将滑鞍质量减轻20%左右.     

龙门加工中心横梁部件的拓扑优化设计与分析

提出一种应用结构拓扑优化方法,对龙门加工中心横梁部件的纵、横截面的筋肋分布形式进行拓扑优化的优化方法.利用优化的截面形状建立横梁的三维模型,并对优化后的横梁部件模型进行动、静态特性的有限元分析.分析结果表明优化后的横梁结构质量减轻6%,最大变形量为原设计的50%,一阶共振频率提高51%.该方法可为大型结构件的优化设计提供有益的借鉴与参考.     

基于稀疏网格模型与MOGA算法的起重机主梁结构优化

针对通用的双梁桥式起重机,提出了一种结合稀疏网格模型与MOGA算法的优化方法。运用稀疏网格模型对主梁结构参数进行拟合,模型能够自动网格细化,在减小计算量的同时保证模型建立的准确性,再通过MOGA算法对拟合的模型进行求解。相比于一般的响应面优化或者遗传算法优化,其求解的误差更小,迭代求解次数更少,效率更高。优化的结果为:质量减轻了9. 6%,最大应力为78. 85 MPa,最大变形量为30. 44 mm,垂直振动频率为4. 93 Hz。     

五轴加工中心滑鞍的改进设计及静力学分析

结合市场需求改进研发了一款用于加工小型精密工件的立式五轴联动数控机床,优化了其关键部件——滑鞍的机械结构,分析了其受力状况,并结合ANSYS软件分析了滑鞍的静力学特性,改善了其总体受力状况,提高了机床整体的精度保持性。     

大型螺纹磨床拖板动静态特性分析及结构优化

采用SolidWorks建立某大型螺纹磨床拖板的三维模型,并借助ANSYS对其结构进行了模态分析,给出了拖板前三阶固有频率和相应振型,识别了该拖板结构的薄弱环节。在此基础上,以拖板结构固有频率及最大相对位移量为优化目标,同时考虑设计重量,提出该拖板结构四种改进方案,通过对各种方案分析比较确定结构综合优化方案并对其进行相应的静刚度校核确定最终优化方案。优化后的拖板与原型相比,重量基本保持不变的情况下,前三阶固有频率均有大幅提高,其中第一阶固有频率提高13.71%,对应的一阶振型的最大相对位移量减小18.54%;位移变形最大值减小65.3%,最大等效应力值减小了11.4%,从而实现了拖板的动静态特性分析与优化。对大型机床拖板的结构优化设计有着较大的借鉴意义。     

基于Kriging模型的快速拆装叶轮轮盘多目标优化设计

为了降低叶轮安装端面变形量以及减轻叶轮质量,对快速拆装形式的叶轮轮盘结构进行多目标优化设计,使用拉丁超立方试验设计和有限元分析生成初始样本数据并构造出Kriging近似模型,运用遗传算法对近似模型进行寻优。对优化后的参数值进行工程取整并进行有限元分析得出叶轮轮盘结构设计模型,最终优化结果显示叶轮质量减小了15%,叶轮摩擦端面轴向变形量降低了29%。优化后的叶轮模型可提高拉杆螺栓连接转子结构的可靠性。     

隧道内预埋槽道的有限元分析及结构优化研究

针对预埋槽道技术受到国内各施工单位的重视并被逐渐采用,但是存在理论研究滞后于工程实际应用的问题,以某预埋槽道为研究对象,进行了有限元分析和结构优化研究。通过对预埋槽道的有限元计算模型进行了承载力分析,得出了预埋槽道的两种加载方式下的应力应变云图,然后基于ANSYS软件,对预埋槽道进行了结构尺寸优化设计。研究结果表明:两种加载方式下预埋槽道的受力和变形仿真分析结果显示出预埋槽道的变形量和等效应力都较大,尺寸优化后预埋槽道质量减小6%,最大变形值减少30%,减轻了重量,提高了预埋槽道的承载能力。     

成形铣齿机床立柱筋板结构优化设计

针对某型成形铣齿机床的结构特点,运用有限元设计方法,建立了立柱的三维有限元模型,并利用ABAQUS软件进行静力分析,提出四种不同筋板布局的立柱结构和原立柱进行对比,发现新井字筋立柱的质量刚度比最优,原井字筋立柱次之,而交叉筋立柱的质量刚度比最差.通过参数灵敏度分析,对新井字筋立柱结构和原井字筋分别进行尺寸优化,其中未优化前的新井字筋立柱比原井字筋立柱减重1.1％,最大变形量减小了7.5％,一阶固有频率上升10.8％ ;经过优化后的新井字筋立柱比原立柱减重18％,最大变形量增加了3.98％,一阶固有频率上升11.28％.     

桥式龙门铣床滑枕有限元分析及优化设计

以桥式龙门铣床滑枕为研究对象,针对其结构特点,建立了滑枕有限元分析模型,利用ANSYS Workbench对其进行静动态特性仿真分析。根据有限元分析结果,找出原滑枕结构的薄弱环节,设计了5种滑枕结构改进方案,并运用静动态性能模糊综合评价方法实现滑枕改进方案的多目标优选。对优选方案的关键尺寸进行优化,得到最终的滑枕优化结构,并对其进行验证分析。结果表明:对滑枕的结构改进和关键尺寸优化有效提高了滑枕的静动态特性,优化后的滑枕最大变形减小了63.7%,最大应力减小了81.3%,一阶固有频率增加了34.6%,同时,滑枕质量减小了5.3%,实现了滑枕的轻量化设计,为数控机床其它关键零部件的设计提供了有益参考。     

基于ANSYS Workbench软件的软刚臂结构轻量化研究

建立软刚臂结构的有限元模型,设置边界及载荷,对软刚臂结构进行强度分析。在强度分析的基础上,应用ANSYS Workbench软件,将软刚臂各部分钢结构的厚度值作为输入参数,将最大等效应力和最大总变形量作为输出参数,将总质量最轻作为优化目标,对软刚臂结构进行轻量化设计。优化后软刚臂结构整体质量减轻9390 kg,最大等效应力减小,达到了预期目标。     

龙门加工中心移动横梁关键结构设计与优化

龙门加工中心移动横梁承受滑座、滑枕等零部件的重量及自身重力的情况下产生弯曲变形,为降低横梁受力变形量和提高横梁静动态特性,采用两种方法对横梁进行优化设计。设计了8种横梁筋板结构及对横梁上导轨面悬臂支撑结构进行了优化设计,运用有限元分析软件对横梁进行了静力学与模态特性分析,得到横梁结构总形变位移量和前六阶振型频率。结果表明,因横梁自重引起的变形占总变形的45.1%;"井"型结构设计最优,其总形变位移量降低了8.98%,质量减轻了329kg,一阶固有频率提高了2.40%,具有良好的静动态特性;筋板结构设计的作用主要体现在减轻横梁质量上,上导轨悬臂支撑结构倾斜设计的作用主要体现在减小横梁弯曲变形上,两种方法的结合使用可有效提高横梁性能。     

基于多目标的刨切机床身结构优化设计

以某数控刨切机床身为研究对象,提出一种基于灵敏度分析与结构优化设计相结合,以床身质量、最大静变形和一阶固有频率为优化目标的床身优化设计方法。建立床身有限元模型,对其进行动静态特性分析,通过对床身主要设计参数进行拉丁超立方试验设计,在此基础上,对各设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,确定影响床身质量和床身动静态特性的关键参数,运用多目标优化算法对床身进行优化求解,根据优化结果,得到最佳优化方案。结果表明:床身质量减少 5.82% ,最大静变形减小 6.71% ,一阶固有频率提高 6.11% ,该优化方法在提高床身动静态特性的基础上,减轻了床身质量,为床身优化设计提供理论参考。     

基于径向基组合近似模型技术的立柱结构优化设计

针对实际工程复杂优化问题,通常难以获得优化设计变量与优化目标之间的显示函数关系表达式,以SZJY-14型加工中心的立柱作为研究对象,研究了一种基于径向基组合近似模型技术的立柱结构优化设计。首先,针对径向基近似模型预测精度较低等问题,研究了一种基于多策略的径向基近似模型技术,并以改进径向基近似模型技术为基础,构建了组合近似模型技术。其次,利用有限元分析软件Abaqus对立柱三维结构进行网格划分,并对其进行静动态性能分析确定优化目标,采用灵敏度分析法确定优化设计变量,利用组合近似模型技术建立了立柱优化设计模型。最后,采用改进回溯搜索优化算法实现了立柱结构优化设计。求解结果表明,与立柱原结构相比,优化后质量减小了3.77%,最大变形量降低了5.14%,一阶频率提高了5.9%,达到了预期效果。     

盾构机滚刀刀箱受力分析与结构优化

根据盾构机滚刀刀箱的受力特点,利用有限元分析软件对等效应力、最大变形量及最大应力进行仿真分析,根据仿真结果,刀箱最大等效应力为38 MPa,最大变形量为0.0273 mm,安全系数为8.3,现有刀箱结构及材料能够满足施工的需要。根据分析结果对刀箱结构进行了优化,并利用有限元分析软件对优化后的刀箱进行受力分析,结果显示,优化后的刀箱最大等效应力为33 MPa,最大变形量为0.0166 mm,安全系数为9.55;优化前后刀箱最大等效应力降低了13.2%,最大变形量减少了39.2%,安全系数增加了15.1%,刀箱结构质量减少了8.6%,优化后的刀箱有利于保证整个盾构机的稳定运行。     

方程式赛车传动系大链轮的设计与优化

以小型方程式赛车主减速的大链轮为研究对象,在保证赛车动力性和安全稳定性的前提下,对大链轮进行轻量化设计与优化。首先根据理论计算,确定传动系主减速器传动比为2.92,并进行了动力性验证。确定了链轮各主要参数,建立了有限元模型,应用ANSYS对大小链轮进行了75m直线加速工况下应力和变形量的分析,结合初始结构的仿真结果,优化了链轮支撑肋个数和减重孔尺寸,结果显示:对比原始方案,优化后的链轮总质量减少了17.14%,最大应力减少了21%,最大变形量减小了42.4%。实现了在确保强度的前提下,减轻主减速器质量的目的,为赛车大链轮设计与优化提供一定的指导意义。     

基于有限元法的KZ-28型振动器平板结构优化与性能研究

可控震源已成为目前绿色油气勘探的主要装备,振动器是产生勘探激励信号的核心部件,而振动器平板的性能直接影响输出信号品质,进而影响油气勘探的精度。采用有限元动力学方法对KZ-28型可控震源振动器平板开展研究,得到原振动器平板存在中心位置变形较大、接触力分布不均匀的问题。通过对原振动器平板结构进行优化改进后,对比振动器平板结构优化前后分析结果,平板中心位置的最大变形减小了22.2%,等值线长短轴之比在上下周期分别减小了9.77%和24.40%,减小平板变形、提高接触力的均匀性,达到了改善信号品质,提高勘探质量的目的。     

环井式地下立体车库钢结构有限元分析及优化设计

为了优化环井式地下立体车库钢结构,进而达到减轻车库架自重,降低生产成本的目的。通过有限元软件ANSYS Workbench,完成对立体车库架处在对称满载条件下的有限元静力分析。并根据有限元分析的结果,应用多目标优化设计的方法来对车库架尺寸和结构进行优化,确定了优化后钢梁的尺寸,完成了车库架应力集中处的结构改进。优化结果表明,与结构改进之前模型相比,优化后车库架的最大等效应力减小了52.71%;最大变形降低了13.74%,与初始模型相比,优化后车库架H型钢材的使用量减少了52.7%。最后,为避免立体车库架在工作时出现共振现象,对其进行无预应力模态分析。     

基于拓扑优化与多目标优化的机床底座结构设计

为了在底座初期设计时尽可能减轻其质量、降低静应力变形、提高其固有频率,首先基于变密度法,建立以底座质量为优化目标函数,静应力变形和固有频率为约束的拓扑优化数学模型,实现1次优化;然后基于响应曲面法,建立以底座质量、静应力最大变形量和1阶固有频率为目标函数与约束条件的多目标优化模型,实现2次优化。分析两次优化的有限元结果:相比于1次优化,2次优化后的底座质量减轻2.5%,静应力变形量降低16.2%,1阶固有频率提高6.0%。