1600kn单动液压机上横梁结构分析及优化设计（本科毕业论文设计）.doc

1600KN单动液压机上横梁结构分析及优化设计（本科毕业论文设计）

摘    要

液压机是重要的压力加工设备之一。在国防和航空工业的大型模锻件生产中有着不可替代的作用，已成为工业生产中必不可少的设备之一。传统的设计方法存在设计周期长、结构冗余、成本高、缺乏对结果的验证等诸多弊端。面对日益激烈的市场竞争，企业迫切地需要了解液压机工作状态下的应力应变分布规律，并在此基础上对液压机的结构进行优化。本文所采用的有限元分析技术是解决上述问题的理想方法。
本文采用ANSYS软件对1600KN单动液压机上横梁进行实体建模，然后选择20节点四面体单元对上横梁进行网格划分，并对上横梁进行了载荷分析和计算，建立了上横梁的有限元力学模型。通过在ANSYS中的分析计算，得出液压机上横梁的应力云图和位移云图及其他相应参数，从分析结果发现上横梁原结构设计比较保守，因此对上横梁进行结构优化。
本文采用经验优化方法，根据应力的大小和位移的大小对原结构一些部位的尺寸进行修改，如此反复多次最终得到应力均匀、位移适中、结构优化、耗材减少、降低其生产成本的液压机上横梁模型。

关键词：液压机，上横梁，有限元，结构分析，结构优化设计，ANSYS

ABSTRACT

Hydraulic pressure is one of the important smithery mechanism. It is irreplaceable in the defense and aviation industry for production of large-size forgings. It has become one of the key equipment in modern industry. There are many problems in traditional design method such as long period, structure redundancy, high cost and lack of validation etc. Along with drastic competition, the corporations need to comprehend the distributing rule of stress and strain of hydraulic pressure in working condition and execute the structure optimization based on the results. The FEA technology in this paper is the perfect method to solve above problems.
This article used the ANSYS Software to build model for the cross beam of 1600KN hydraulic press. Then, the tetrahedron element with 20 nodes is used to mesh the finite element model, and the load of the cross beam is analyzed and calculated by the theory of equivalent stress. Finally, the finite element model of the cross beam is established. By the analysis and calculation in ANSYS, the stress nephogram, displacement nephogram and other homologous parameter of the cross beam are given out. It is obviously that the design of the original structure of the cross beam is conservative. So, the optimizing design of the cross beam must be done.
This article used the traditional optimization method. According to the magnitude of stress and displacement, the size of each part of original model can be changed. Time after time the original model can be a stress uniformity, structure optimized, material reduced, cost debased new model.

Key words：Hydraulic pressure, Cross beam, FE method, Structural analysis,
Structural optimization design, ANSYS
 

目   录

中文摘要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1 液压机技术的现状和发展趋势 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 国内外液压机技术发展现状 1
1.1.3 液压机技术的发展趋势 3
1.2 有限元分析法 4
1.3 课题的研究内容、取得的成果和意义 4
2 液压机上横梁的建模、离散化和载荷处理 6
2.1  ANSYS分析方案的制定 6
2.2 建模方法的选择 6
2.3 几何模型的简化和建立 7
2.3.1 建立箱体的外形结构 7
2.3.2 建立箱体上下特殊形状面板 11
2.3.3 建立箱体内部特殊形状模型 13
2.3.4 建立最终模型 14
2.4 网格划分和载荷处理 16
2.4.1 材料和单元的选取 16
2.4.2 定义材料和划分网格 16
2.4.3 对模型施加约束和载荷 18
3 上横梁有限元分析 20
3.1 对模型进行有限元分析 20
3.2 有限元分析结果的分析研究 20
3.2.1 上横梁有限元分析的应力结果分析 20
3.2.2 上横梁有限元分析的位移结果分析 23
3.3 上横梁的体积 26
3.4 本章小结 26
4 上横梁的结构优化设计 27
4.1 选择结构优化的方法 27
4.2 上横梁的结构优化 27
4.2.1 去掉左右侧板，进行分析并观察应力、位移变化情况 28
4.2.2 减少立柱壁厚10mm 30
4.2.3 减少前后面板10mm和上下面板左右方向10mm 33
4.2.4 减少前后肋板15mm、上下面板10mm和中心圆柱孔壁厚10mm 35
4.2.5 去掉前后肋板 38
4.2.6 在前后面板和上下面板的左右两边挖走一定形状的体积 40
4.3 本章小结 42
5 总结 43
参考文献 45