巨型模锻液压机整体结构功能评估与优化设计

论文摘要

巨型模锻液压机是国家综合实力的一种表征,充分反映出一个国家和地区最新的工业技术和制造水平,同时也是生产大型模锻件的基础设备,在国防和航空工业的模锻件生产中起着不可替代的作用。巨型模锻液压机由于其超大的载荷、超高的结构强度和刚度要求、以及建造数量十分有限,其制造难度极高。根据中国工程院《发展我国大型锻压装备研究》咨询报告中提出的巨型模锻液压机主要技术参数,清华大学和中国第二重型机械集团分别设计了钢丝缠绕机架结构和“C”形板框机架结构。为综合评估这两种方案的优劣,以及对其结构进行优化设计,迫切需要在有限元平台上对机架结构进行仿真,从应力、应变及可靠性方面进行分析判断。论文介绍了液压机的本体结构形式、发展概况、结构特点、基本参数,以及有限元分析方法的基本原理、求解过程、使用软件。在有限元软件的平台上,从静力学角度分析了钢丝缠绕机架结构和“C”形板框机架结构的应力应变情况,比较了两种机架结构的优缺点。论文分析了“C”形板框机架结构中非对称水平机架的挠度分布规律。以基于组合结构变形协调的刚度设计为准则,通过改变水平部分的刚度分布,使水平机架的挠度曲线发生改变。在这一理论的指导下,提出了三种优化方案,找到了最简单有效的解决方法。论文应用动态设计方法对液压机的承载机架进行了初步的分析,以300MN水压机的主机架为研究对象,分析了并联机架结构在不同联接方式下的模态,得出前六阶固有频率和模态振型,并对其进行详尽的评论,指出了各阶模态对机架的动态性能的影响。本文从静力学角度对液压机的承载机架进行了分析与优化,并从动态设计的角度进行了尝试性的研究,总结出巨型液压机承载机架的受力变形特点,为液压机的方案论证及优化设计提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 液压机简介
• 1.3 液压机本体结构简介
• 1.3.1 梁柱式结构
• 1.3.2 拉杆预应力结构
• 1.3.3 预应力钢丝缠绕式结构
• 1.3.4 板框组合式结构
• 1.4 国内外大型锻压设备的应用现状
• 1.4.1 国外大型锻压设备使用情况
• 1.4.2 国内大型锻压设备简介
• 1.5 课题研究的主要内容及意义
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 课题研究的意义
• 1.5.3 课题研究的内容
• 第二章 液压机及有限元分析理论
• 2.1 液压机的结构特点、基本参数及发展概况
• 2.1.1 液压机的结构特点
• 2.1.2 液压机的基本参数
• 2.1.3 液压机的分类
• 2.1.4 液压机的发展概况
• 2.2 有限元分析方法
• 2.2.1 有限元法的基本思想
• 2.2.2 有限元法的求解过程
• 2.3 有限元分析软件介绍
• 2.3.1 有限元软件MSC.Marc简介
• 2.3.2 有限元软件MSC.Marc接触算法
• 2.3.3 直接约束法简介
• 2.4 非线性问题在MSC.Marc中的求解
• 2.4.1 几何非线性的描述及其数值解法
• 2.4.2 有限元软件MSC.Marc的弹塑性求解过程
• 2.4.3 接触非线性问题的描述
• 2.5 本章小结
• 第三章 巨型模锻液压机承载机架方案评估
• 3.1 引言
• 3.2 巨型模锻液压机机架形式的发展
• 3.2.1 非预应力结构
• 3.2.2 粗螺栓预应力结构
• 3.2.3 预应力钢丝缠绕结构
• 3.3 预应力钢丝缠绕机架的分析
• 3.3.1 机架受力分析
• 3.3.2 有限元模型的建立
• 3.3.3 机架总体应力分析
• 3.3.4 机架变形分析
• 3.3.5 关于钢丝缠绕层的分析
• 3.4 C形板框组合机架的分析
• 3.4.1 机架结构简介
• 3.4.2 机架内部力流传递特征
• 3.4.3 有限元建模的建立
• 3.4.4 计算结果分析
• 3.5 小结
• 第四章 巨型液压机非对称水平机架的优化
• 4.1 引言
• 4.2 弯曲变形理论
• 4.2.1 梁的挠曲线
• 4.2.2 挠曲线微分方程
• 4.3 巨型液压机水平机架的有限元分析
• 4.3.1 巨型液压机水平机架结构简介
• 4.3.2 有限元模型的建立
• 4.3.3 边界条件的定义
• 4.3.4 有限元计算结果分析
• 4.4 水平机架的有限元优化设计
• 4.4.1 有限元优化方案简介
• 4.4.2 优化方案一:改变上下张力柱尺寸
• 4.4.3 优化方案二:在水平机架上增加平衡系统
• 4.4.4 优化方案三:同时改变张力柱尺寸和预紧力
• 4.5 本章小结
• 第五章 巨型模锻液压机承载机架动态设计浅析
• 5.1 引言
• 5.2 模态分析理论
• 5.2.1 模态分析概述
• 5.2.2 结构模态分析理论
• 5.2.3 模态分析技术的应用
• 5.3 液压机机架的模态分析
• 5.3.1 机架的有限元建模
• 5.3.2 模态分析结果分析
• 5.4 改进模型计算分析
• 5.4.1 模型的改进
• 5.4.2 固有频率和振型分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究成果目录