立式鉆床立柱的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、本文在總結(jié)數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對某型立式鉆床生產(chǎn)成本較高的現(xiàn)象，利用ANSYS有限元軟件對鉆床立柱部分進行了動靜態(tài)性能分析，并在保證其動靜態(tài)性能的前提下，以立柱減重為最終目標提出改進方案，并對改進后的結(jié)構(gòu)進行了動靜態(tài)性能驗證。
　　 首先，對有限元理論給出了較為詳細的介紹，并依據(jù)鉆床結(jié)構(gòu)特點，利用APDL語言建立鉆床立柱的有限元參數(shù)化模型，給出簡化后的載荷與約束，對其進行了靜態(tài)性能的分析。為提高分析效率、保證分析結(jié)果的準

2、確性，本文對立柱的分析采用了多種加載方式，通過分析結(jié)果的比較，得到既準確又有效的加載方法，為后續(xù)模型的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
　　 其次，本文簡要介紹了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的相關(guān)理論，并概述了ANSYS優(yōu)化程序。立柱的優(yōu)化減重本應(yīng)建立在保證原有動靜態(tài)性能的基礎(chǔ)之上，但對加工精度主要受靜態(tài)性能影響的立式鉆床而言，其靜態(tài)性能指標就成為結(jié)構(gòu)改進優(yōu)化的重要標準。因此，以立柱靜態(tài)優(yōu)化為主體，在保證立柱原有靜態(tài)性能的前提下，優(yōu)化立柱結(jié)構(gòu)，降低立柱重量。為減少

3、ANSYS優(yōu)化難度，確保利用有限資源下對立柱ANSYS優(yōu)化的的順利進行，本文在該部分主要對除去內(nèi)部加強筋的立柱外殼進行優(yōu)化。同時考慮到不同的參數(shù)化建模對優(yōu)化結(jié)果的影響，在優(yōu)化過程中采用不同的建模方式，并分別設(shè)定不同變量為設(shè)計變量，目的在于針對不同的方法尋求更好的優(yōu)化途徑。在此優(yōu)化基礎(chǔ)之上，針對立柱內(nèi)壁加強肋的布置，給出了四種布置方案，通過有限元分析，從中選出的較為合理的肋板形式，組成新的立柱模型。
　　 再次，為提高立柱的減重量

4、，滿足企業(yè)對成本降低量的要求，本文根據(jù)立柱的受力特點，采用優(yōu)化選型法對立柱的結(jié)構(gòu)做進一步的改進，尋找更為有效的減重模型。在此過程中，本文采用給出兩種選型方法，通過選型方案，雖未得到新的立柱模型的最優(yōu)解，但最終選擇的模型更為符合要求，并滿足了企業(yè)要求的生產(chǎn)成本。
　　 最后，在完成了立柱靜態(tài)優(yōu)化改進后，本文又介紹了立柱動態(tài)性能的求解方式，對模態(tài)分析有限元方程的建立也作了概述。由此結(jié)合有限元軟件ANSYS對立柱各優(yōu)化模型進行了模態(tài)分