YH30-400液压机机身结构的有限元分析与优化

论文摘要

液压机是生产大型模锻件的重要的压力加工设备。传统方法设计的机身结构存在结构冗余、材料使用偏保守等弊端,致使产品重量大,成本高、效益低,削弱了产品竞争力等诸多弊端。有限元分析和结构优化等CAE技术的应用,对于缩短产品开发周期,提高产品质量,降低制造成本,增强企业竞争力具有重要意义。本论文以YH30-400液压机机身为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS作为分析工具,进行有限元静态特性分析,并根据分析结果进行机身结构优化设计研究。本文的主要研究内容和结论有:（1）对液压机机身进行静态有限元分析。利用有限元分析软件ANSYS的参数化编程语言APDL,采用四面体实体单元建立机身的三维有限元模型,计算在满载荷状态（即400吨压力）下机身的变形大小和应力分布。机身的变形主要是指角变形,最大应力发生在下横梁与立柱连接圆角处,结果数据证明与实际情况相符。（2）提取静态有限元分析结果,并设置机身的数个焊接板的厚度为设计变量,以满足机身刚度和强度为约束条件,以机身的总体积为目标函数,利用APDL编写优化分析文件和优化控制文件的程序。采用子问题法对机身进行结构优化设计,得到了当前条件下最优化的设计参数,有效降低了机身重量,达到轻量化的目标。本文所做的静态有限元分析校验了机身结构的变形和应力分布规律,结构优化分析为以后的设计提供了方法与参考,具有一定的理论意义和实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 液压机机身结构分析的发展概况
• 1.3 课题的来源、目的及意义
• 1.4 YH30-400 液压机机身结构简介
• 第二章 有限元法理论及软件介绍
• 2.1 引言
• 2.2 有限元法介绍
• 2.2.1 有限元法发展概述
• 2.2.2 有限元法的基本思想
• 2.2.3 有限元常用术语
• 2.2.4 有限元法的基本步骤
• 2.2.5 连续体力学有限元分析
• 2.3 ANSYS 介绍
• 2.3.1 ANSYS 简介
• 2.3.2 ANSYS 软件功能
• 2.4 弹性力学基础
• 2.4.1 弹性力学基本假设
• 2.4.2 弹性力学基本方程
• 第三章 液压机机身静态有限元分析
• 3.1 液压机机身简介
• 3.2 建立机身的有限元模型
• 3.2.1 机身模型的简化处理
• 3.2.2 建模方法的选择
• 3.2.3 有限元模型的建立与求解
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 变形场分析
• 3.3.2 应力场分析
• 3.3.3 角变形计算
• 第四章 结构优化设计
• 4.1 结构优化设计
• 4.1.1 结构优化设计的特点与过程
• 4.1.2 约束优化的基本原理
• 4.1.3 优化设计领域中的一些常见术语
• 4.2 有限元软件ANSYS 提供的优化算法简介
• 4.2.1 优化算法的一般过程
• 4.2.2 ANSYS 优化设计基本概念
• 4.2.3 ANSYS 优化过程
• 4.2.4 ANSYS 零阶方法优化设计技术原理
• 4.3 APDL 介绍
• 第五章 机身结构优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 机身结构优化设计过程
• 5.2.1 生成优化分析文件
• 5.2.2 执行优化过程
• 5.3 机身结构优化结果分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目