大跨度机床横梁有限元分析及结构优化

论文摘要

随着机械结构轻型化要求的提高,极端制造的快速发展,大型化机床已经成为主要发展趋势。虽然我国空间钢结构发展迅速,但用于机床的大跨度承重梁还很少,国内外对于大跨度卧式机床横梁的研究还处于近似空白阶段。本文介绍了钢结构的发展过程以及本类型机床的传统设计方法,对某机床的主梁进行了结构分析与优化设计,对横梁的设计分析有一定的参考价值,取得成果如下：(1)结合梁的实际情况,本文用有限元分析软件ANSYS对横梁及其负载进行了简化处理,分别对主梁承受的主要载荷部分(机床前拉门和后侧防护拉罩)进行分析,得到主梁承受的主要载荷；(2)利用APDL语言完成对横梁的参数化建模,通过对节点编号的控制实现了横梁受力节点的自动位置判定和载荷的施加,分别对梁进行了静态、模态、屈曲、瞬态分析,得到了梁的刚度和整体稳定性满足使用要求以及梁的横向稳定性差的结论；(3)分析了横梁结构参数变化对横梁变形的影响,如横梁Y方向挠度随横梁参数H1增大而减小,以及横梁变形对前门移动的影响；(4)在机床横梁的挠度和跨度一定的情况下,对主梁进行了优化设计,得到了机床横梁在假定约束下的最优结构参数。本文为大型机床横梁设计和分析设计一个简易平台,实现了对本类型横梁的分析,结合分析结果对横梁合理性进行判断,实现了横梁的优化设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 空间结构的发展概况
• 1.1.1 空间结构的概念
• 1.1.2 空间结构的历史与发展
• 1.2 空间结构的特点与分类
• 1.2.1 刚性空间结构
• 1.2.2 网架结构的选型
• 1.3 我国机床工业发展现状
• 1.4 我国机床发展趋势
• 1.5 国内外起重机研究现状
• 1.5.1 国内起重机以及大跨度桥梁研究趋势和发展方向
• 1.5.2 国外工程起重机发展动向
• 1.6 选题的背景、意义和主要研究内容
• 第2章 有限元和优化设计知识
• 2.1 有限元法及有限元软件
• 2.1.1 有限元法简介
• 2.1.2 有限元软件ANSYS
• 2.2 优化设计
• 2.2.1 优化设计的过程
• 2.2.2 优化设计数学模型
• 2.2.3 优化方法的分类和选择
• 第3章 机床横梁设计
• 3.1 横梁的传统设计方法
• 3.1.1 桁架式龙门起重机的主要形式
• 3.1.2 总体布局
• 3.1.3 载荷
• 3.1.4 桁架结构刚度计算
• 3.2 本机床横梁设计
• 3.3 机床横梁承受的主要载荷
• 第4章 机床横梁的有限元建模及分析
• 4.1 机床横梁计算模型的建立及求解分析
• 4.1.1 机床横梁简化处理
• 4.1.2 主梁结构图
• 4.1.3 横梁截面数据相关公式
• 4.2 横梁主要载荷处理
• 4.2.1 横梁前门处理
• 4.2.2 横梁后拉罩处理
• 4.3 横梁建模、分析
• 4.3.1 静态、模态分析
• 4.3.2 屈曲分析
• 4.3.3 瞬态分析
• 第5章 横梁刚度及前门运动分析
• 5.1 横梁参数变化对横梁的影响
• 5.2 横梁挠曲反作用下前门分析
• 5.2.1 前门的建模
• 5.2.2 前门分析
• 第6章 机床主梁优化设计
• 6.1 优化设计
• 6.2 优化变量以及优化
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢