张莹:基于结构仿生原理的深孔钻床关键件优化设计研究论文

张莹:基于结构仿生原理的深孔钻床关键件优化设计研究论文

本文主要研究内容

作者张莹(2019)在《基于结构仿生原理的深孔钻床关键件优化设计研究》一文中研究指出:随着我国深孔加工技术的迅猛发展,深孔机床在制造业中拥有不可替代的位置,其床身的动静态性能和自身质量对整机性能均有影响。但是传统的深孔机床床身多采用经验设计或者仿照国外产品,故而导致其结构冗余、质量过大等问题,从而也就直接影响了孔的加工质量。因此,突破传统设计,探究合理有效的优化方法,对深孔加工技术的发展具有重要意义。结构仿生是一种利用仿生学原理,通过提取自然界生物体结构中有益的构型规律或特点,并将其应用于机械结构优化设计的有效方法。本文以结构仿生优化作为关键技术,以Z8016小直径深孔钻床床身作为研究对象,设计了一种基于龟壳结构的床身筋板布局,并对其进行了拓扑优化和尺寸参数优化设计,最终确定了可用于实际生产的综合优化型床身。研究内容包括:(1)基于UG软件的床身原始结构的参数化建模和有限元分析。介绍了Z8016小直径深孔钻床的基本参数以及床身构型特点,利用UG建立床身三维模型,导入ANSYS对它进行模态分析与静力学分析,求得床身的位移云图以及应力云图,提取了床身的前5阶固有频率及振型图,并对结果进行分析。研究表明,发现床身应力和位移分布不均、结构强度和刚度存在较大的冗余。(2)基于结构仿生原理的床身筋板布局设计及其有限元分析。利用模糊相似理论从结构、功能、载荷及约束方面对龟壳和床身结构进行相似度计算,确定龟壳为仿生原型并合理提取龟壳优良构型特点,将其应用于床身筋板的布局设计,从而建立仿生型床身模型,在与原床身同等条件下,利用ANSYS对仿生型床身进行了动静态分析,研究表明,新结构的静动态性能均有显著提高,但其重量依然存在一定冗余。(3)基于渐进结构优化法的床身结构拓扑优化设计。在仿生型床身结构的基础上,以轻量化设计为目标,利用渐进结构优化方法(ESO)对床身进行拓扑优化设计,得到了床身材料分布云图,结合仿生型床身结构对其进行重构设计,得到仿生拓扑型床身结构。通过有限元分析,将原型床身、仿生型床身与其进行分析对比,结果发现,质量有所减少,达到了优化效果。(4)基于APDL语言的床身尺寸参数优化设计。基于APDL语言,利用零阶优化方法,以仿生拓扑型床身关键尺寸为设计变量,体积为目标函数,对床身进行尺寸参数优化,最终确定了可用于实际生产的综合优化型床身,并对其进行有限元分析。研究表明,综合优化型床身在最大应力、首阶固有频率和质量方面均有明显改善,整体质量减小12.7%,,首阶固有频率提高28.8%,最大应力减小35.466%,在提高床身动静态性能及减轻质量方面取得了明显的优化效果。

Abstract

sui zhao wo guo shen kong jia gong ji shu de xun meng fa zhan ,shen kong ji chuang zai zhi zao ye zhong yong you bu ke ti dai de wei zhi ,ji chuang shen de dong jing tai xing neng he zi shen zhi liang dui zheng ji xing neng jun you ying xiang 。dan shi chuan tong de shen kong ji chuang chuang shen duo cai yong jing yan she ji huo zhe fang zhao guo wai chan pin ,gu er dao zhi ji jie gou rong yu 、zhi liang guo da deng wen ti ,cong er ye jiu zhi jie ying xiang le kong de jia gong zhi liang 。yin ci ,tu po chuan tong she ji ,tan jiu ge li you xiao de you hua fang fa ,dui shen kong jia gong ji shu de fa zhan ju you chong yao yi yi 。jie gou fang sheng shi yi chong li yong fang sheng xue yuan li ,tong guo di qu zi ran jie sheng wu ti jie gou zhong you yi de gou xing gui lv huo te dian ,bing jiang ji ying yong yu ji xie jie gou you hua she ji de you xiao fang fa 。ben wen yi jie gou fang sheng you hua zuo wei guan jian ji shu ,yi Z8016xiao zhi jing shen kong zuan chuang chuang shen zuo wei yan jiu dui xiang ,she ji le yi chong ji yu gui ke jie gou de chuang shen jin ban bu ju ,bing dui ji jin hang le ta pu you hua he che cun can shu you hua she ji ,zui zhong que ding le ke yong yu shi ji sheng chan de zeng ge you hua xing chuang shen 。yan jiu nei rong bao gua :(1)ji yu UGruan jian de chuang shen yuan shi jie gou de can shu hua jian mo he you xian yuan fen xi 。jie shao le Z8016xiao zhi jing shen kong zuan chuang de ji ben can shu yi ji chuang shen gou xing te dian ,li yong UGjian li chuang shen san wei mo xing ,dao ru ANSYSdui ta jin hang mo tai fen xi yu jing li xue fen xi ,qiu de chuang shen de wei yi yun tu yi ji ying li yun tu ,di qu le chuang shen de qian 5jie gu you pin lv ji zhen xing tu ,bing dui jie guo jin hang fen xi 。yan jiu biao ming ,fa xian chuang shen ying li he wei yi fen bu bu jun 、jie gou jiang du he gang du cun zai jiao da de rong yu 。(2)ji yu jie gou fang sheng yuan li de chuang shen jin ban bu ju she ji ji ji you xian yuan fen xi 。li yong mo hu xiang shi li lun cong jie gou 、gong neng 、zai he ji yao shu fang mian dui gui ke he chuang shen jie gou jin hang xiang shi du ji suan ,que ding gui ke wei fang sheng yuan xing bing ge li di qu gui ke you liang gou xing te dian ,jiang ji ying yong yu chuang shen jin ban de bu ju she ji ,cong er jian li fang sheng xing chuang shen mo xing ,zai yu yuan chuang shen tong deng tiao jian xia ,li yong ANSYSdui fang sheng xing chuang shen jin hang le dong jing tai fen xi ,yan jiu biao ming ,xin jie gou de jing dong tai xing neng jun you xian zhe di gao ,dan ji chong liang yi ran cun zai yi ding rong yu 。(3)ji yu jian jin jie gou you hua fa de chuang shen jie gou ta pu you hua she ji 。zai fang sheng xing chuang shen jie gou de ji chu shang ,yi qing liang hua she ji wei mu biao ,li yong jian jin jie gou you hua fang fa (ESO)dui chuang shen jin hang ta pu you hua she ji ,de dao le chuang shen cai liao fen bu yun tu ,jie ge fang sheng xing chuang shen jie gou dui ji jin hang chong gou she ji ,de dao fang sheng ta pu xing chuang shen jie gou 。tong guo you xian yuan fen xi ,jiang yuan xing chuang shen 、fang sheng xing chuang shen yu ji jin hang fen xi dui bi ,jie guo fa xian ,zhi liang you suo jian shao ,da dao le you hua xiao guo 。(4)ji yu APDLyu yan de chuang shen che cun can shu you hua she ji 。ji yu APDLyu yan ,li yong ling jie you hua fang fa ,yi fang sheng ta pu xing chuang shen guan jian che cun wei she ji bian liang ,ti ji wei mu biao han shu ,dui chuang shen jin hang che cun can shu you hua ,zui zhong que ding le ke yong yu shi ji sheng chan de zeng ge you hua xing chuang shen ,bing dui ji jin hang you xian yuan fen xi 。yan jiu biao ming ,zeng ge you hua xing chuang shen zai zui da ying li 、shou jie gu you pin lv he zhi liang fang mian jun you ming xian gai shan ,zheng ti zhi liang jian xiao 12.7%,,shou jie gu you pin lv di gao 28.8%,zui da ying li jian xiao 35.466%,zai di gao chuang shen dong jing tai xing neng ji jian qing zhi liang fang mian qu de le ming xian de you hua xiao guo 。

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自中北大学的张莹,发表于刊物中北大学2019-07-04论文,是一篇关于深孔钻床论文,床身论文,结构仿生论文,有限元分析论文,拓扑优化论文,尺寸优化论文,中北大学2019-07-04论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自中北大学2019-07-04论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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