多点成形压力机机架结构的有限元数值模拟及优化设计

发布时间：2017-05-19 06:04

  本文关键词：多点成形压力机机架结构的有限元数值模拟及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多点成形（Multi-point Forming，简称 MPF）是一种新的板材成形方法， 其原理是将传统的整体冲压模具分解为很多离散的小模具单元，，然后用一系列 规则排列、高度可调的基本体代替这些小模具单元。通过计算机控制基本体群 的高度，形成需要的成形面，实现板材的无模、快速、柔性成形。 三梁四柱式多点成形压力机，是一种主要的多点成形设备，已研制成功多 台。多点成形压力机机架作为成形设备的基础支撑部件，在工作过程中承受全 部工作载荷，其设计质量将直接影响工作性能和制造成本。机架的强度和刚度、 可靠性和稳定性对多点成形压力机的性能起着重要的作用。对 3150kN 多点成 形压力机机架的强度和刚度分析是本文的主要研究内容之一。 在解决复杂设计问题时，将有限元法引入到优化设计中，能从众多的设计 方案中优选到最合适的设计方案，能大大提高设计效率和设计质量。利用有限 元法和 Sub-problem 优化算法，分别对多点成形压力机的工作台、活动横梁和 上横梁进行结构优化设计，也是本文的主要研究内容。 本文的主要研究工作如下： 1）对有限元分析中若干问题的研究 本文简要阐述了有限单元法的基本原理、空间弹性问题的基本方程和空间 问题的有限元法。探讨了用于压力机机架分析的单元类型的选择，以及有限元 分析中划分网格时应遵循的原则（如网格数量、网格疏密、单元阶次的选取和 网格质量的评判等）。探讨了机架结构的简化、载荷约束的模拟和有限元模型 的建立方法。 2）多点成形压力机机架的数值模拟 66 WP=72 摘 要 利用 CAD 软件建立了机架的参数化实体模型，并进行了模型简化，将模型 导入有限元软件中。设定与实际工作状态相符合的约束条件，进行数值分析， 得出压力机上横梁、工作台和立柱螺母等各个部位的节点应力、应变分布。 3）多点成形压力机上横梁的数值分析 根据压力机上横梁的数值模拟结果，对不合理的部位进行了整体结构改 进。在上横梁中间结构的立柱孔周围添加了支撑板；减小了中心液压缸周围支 撑板的高度。通过结构改进，明显的提高了上横梁的整体强度，降低了重量。 4）多点成形压力机工作台的数值分析 根据压力机工作台各个部位的数值模拟结果，对不满足刚度和强度要求的 部位进行了整体结构改进。在工作台上板的下端增加了支撑板，使整体刚度得 到了提高。 归纳了工作台的开孔圆角半径对工作台中间部分的强度和上板的强度、位 移的影响，以及中间结构宽度对上板的强度和刚度的影响。 5）多点成形压力机机架的优化设计 利用有限元法和 Sub-problem 优化算法，编写了多点成形压力机工作台、 活动横梁和上横梁的优化程序，对多点成形压力机机架进行了优化分析。通过 优化设计，工作台的重量减少了 6.5%，强度提高了 13.2%；活动横梁的重量 减少了 26.4%；上横梁的重量减少了 1.1%；压力机的总重量减少了 10.8％。 从而在设计上减少了材料使用量，优化效果明显。
【关键词】：多点成形压力机 有限元法 数值模拟 优化技术
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TG385
【目录】：

• 第一章 绪 论6-14
• 1.1 引 言6-7
• 1.2 压力机机架的发展现状7-8
• 1.3 已开发的多点成形压力机8-9
• 1.4 基于有限元的优化技术9-12
• 1.4.1 有限元软件简介9-10
• 1.4.2 结构设计中的优化技术10-11
• 1.4.3 有限元优化技术11
• 1.4.4 有限元方法中优化技术的特点11-12
• 1.5 选题意义及主要研究内容12-14
• 第二章 有限元法理论14-24
• 2.1 有限单元法的基本原理14-15
• 2.2 空间弹性问题的基本方程15-20
• 2.2.1 微分方程15-18
• 2.2.2 虚位移原理与最小势能原理18-20
• 2.3 空间问题的有限元法20-23
• 2.3.1 空间四面体单元20-23
• 2.3.2 空间问题的总平衡方程23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 多点成形压力机机架的有限元数值模拟24-43
• 3.1 用于机架数值模拟的单元的选择24-26
• 3.2 划分有限元网格26-28
• 3.3 有限元模型的建立及求解分析28-32
• 3.3.1 机架结构的简化模型28-30
• 3.3.2 材料参数30
• 3.3.3 模型的建立30
• 3.3.4 载荷的条件30-31
• 3.3.5 约束的条件31-32
• 3.3.6 求解分析与后处理32
• 3.4 机架数值分析与改进32-42
• 3.4.1 机架整体的数值分析32-33
• 3.4.2 上横梁的数值分析与改进33-36
• 3.4.3 工作台的数值分析与改进36-39
• 3.4.4 立柱和螺母的数值分析与改进39-41
• 3.4.5 结构改进后的数值分析41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 多点成形压力机机架结构的优化设计43-66
• 4.1 优化设计的数学模型43-44
• 4.2 对机架结构有限元模型进行约束优化的基本原理44-46
• 4.2.1 约束优化44-45
• 4.2.2 约束优化的基本原理45-46
• 4.3 有限元软件中提供的优化算法46-48
• 4.3.1 有限元软件优化算法的一般过程46-47
• 4.3.2 子问题(Sub-problem)优化算法47-48
• 4.4 多点成形压力机工作台的优化设计48-55
• 4.4.1 建立参数化工作台有限元模型48-49
• 4.4.2 设计变量的选取49
• 4.4.3 状态变量的选取49-51
• 4.4.4 目标函数的选取51
• 4.4.5 优化结果分析51-55
• 4.5 多点成形压力机活动横梁的优化设计55-61
• 4.5.1 活动横梁有限元模型的建立55-56
• 4.5.2 目标函数的选取56
• 4.5.3 状态变量的选取56-57
• 4.5.4 设计变量的选取57
• 4.5.5 优化结果分析57-61
• 4.6 多点成形压力机上横梁的优化设计61-65
• 4.6.1 设计变量的选取61-62
• 4.6.2 状态变量的选取62
• 4.6.3 目标函数的选取62
• 4.6.4 优化结果分析62-65
• 4.7 本章小结65-66
• 第五章 结论与展望66-67
• 参考文献67-70
• 致 谢70-71
• 摘 要71-73
• ABSTRACT73-75
• 吉林大学硕士学位论文原创性声明75

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘营营;;液压剪板机刀架结构架改进[J];现代制造技术与装备;2012年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 马占义;新型铝锭码垛机械手动静态性能分析与优化[D];兰州理工大学;2009年

2 郝洁;板材多点成形中回弹的数值分析及补偿研究[D];内蒙古科技大学;2011年

3 刘广君;液压镦锻机的本体结构分析与优化[D];燕山大学;2006年

4 周鹏;双锥辊辗压机机架结构的有限元分析[D];武汉理工大学;2007年

5 刘春;铝锭连续铸造机支承件的稳定性分析[D];兰州理工大学;2008年

6 曾红;小型薄板件刚度测试仪关键技术研究[D];哈尔滨理工大学;2008年

7 王东明;多点成形压力机机架有限元分析及优化设计[D];吉林大学;2010年

8 郝洁;板材多点成形中回弹的数值分析及补偿研究[D];内蒙古科技大学;2011年

  本文关键词：多点成形压力机机架结构的有限元数值模拟及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：377870