100MN等温锻造液压机有限元结构分析与优化

论文摘要

大型液压机是制品成形加工的重要装备,在国防和航空工业的大型模锻件生产中具有不可替代的作用。液压机的设计对其性能、质量具有决定性作用。传统的液压机设计存在设计周期长、结构笨重、成本高、缺乏对结果的验证等诸多弊端。为此,有必要将有限元结构分析、优化设计等现代设计方法用于液压机产品设计,以提高设计质量,满足成形加工的技术需求。本文以100MN等温锻造液压机为研究对象,通过对整机结构特点和受力情况的分析,建立了以壳单元为主的整机有限元精细分析模型,并对该液压机的原始设计进行了整机结构刚度和强度的分析校核;利用内嵌于ABAQUS的Python脚本语言,建立了该液压机的参数化有限元模型;基于正交试验设计和一阶响应面建模方法,建立了整机刚度和强度与设计变量之间的关系式,进而建立了以整机重量为目标,以分属五个部件的10个尺寸参数为设计变量,在满足整机静强度、刚度和边界约束条件下的液压机整机结构优化数学模型;采用遗传算法对该数学模型的求解,得到了最优设计参数。基于不同的优化思路,得到了两组优化结果:(1)在维持现有刚度条件不变的前提下,整机质量减轻8.39%;(2)在上横梁刚度提高16.54%的基础上,整机质量减轻4.18%。本文以大型液压机为对象,总结出一套比较完整的复杂制造装备结构优化设计的方法、体系结构和技术流程,建立优化设计的技术系统,为其它的大型复杂制造装备的结构优化提供了一种思路。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 液压机及其设计方法概述
• 1.2 优化设计理论与方法
• 1.3 国内外液压机优化设计应用概述
• 1.4 本论文的主要内容
• 第二章 液压机静态有限元分析
• 2.1 100MN 数控等温锻造液压机的结构特点和基本参数
• 2.1.1 100MN 数控等温锻造液压机结构特点
• 2.1.2 100MN 数控等温锻造液压机基本参数
• 2.2 有限元结构分析方法及软件
• 2.2.1 有限元结构分析基本思想
• 2.2.2 有限元结构分析的基本过程
• 2.2.3 有限元分析软件ABAQUS 介绍
• 2.3 液压机整机结构静态有限元分析
• 2.3.1 液压机整机有限元建模
• 2.3.2 公称压力载荷下有限元分析结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 液压机结构优化
• 3.1 液压机整机质量分析
• 3.1.1 下横梁质量分析
• 3.1.2 上横梁质量分析
• 3.1.3 拉杆质量分析
• 3.1.4 滑块质量分析
• 3.1.5 支柱质量分析
• 3.2 液压机模型的参数化分析
• 3.2.1 参数化分析的内容和方法
• 3.2.2 参数化分析的过程
• 3.2.3 参数化分析结果数据处理
• 3.3 优化模型的建立
• 3.4 基于遗传算法的优化模型求解
• 3.4.1 遗传算法简介
• 3.4.2 iSIGHT 集成优化环境
• 3.5 优化流程
• 3.6 本章小结
• 第四章 全文总结与展望
• 4.1 全文总结
• 4.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢