MT200压力机机身结构有限元分析及改进设计开题报告

广陵 学院毕业设计（论文）开题报告 学 生 姓 名： 学号： 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： MT200压力机机身结构有限元分析及改进设计 指 导 老 师： 2014 年 3 月 20 日 2 毕业设计（论文）开题报告 1、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 1.1 压力机的国内外发展 现 况 随着机电一体化和数控技术的飞速进步，伺服驱动系统在制造业中得到了广泛应用。但是与，与金属切削机床相比，锻压机械的伺服化、数字化的开发落后了数十年 21。上世纪 90 年代， 在日、欧洲等工业发达国家兴起了交流伺服机直接驱动压力机的 研究和开发，这种伺服压力机与传统机械压力机相比，具有结构简单丶生产效率高、产品质量好、滑块运动柔性好、降噪节能显著等优点。这类压力机在日本进入普及期，随着其在汽车零件、电子零件等高精度、难成行加工领域中的应用和其优良的节能性么，已经显示了其他压力机所无可比拟的优越性，成为世界冲压技及装备发展的主要潮流之一1。 日本在伺服压力机的研究、生产及商品化等方面处于国际领先水平，掌握了伺服压力机的设计和制造技术。日本 komstsu 公司在伺服压力机的研发上目前已经出现了三代不同的产品，第一代是 1998 年发明的 HCP3000，第二代是 2001 年问世的 H2F、 H4F，第三代是 2002 年 H1F 系列 2。 2005 年日本网野公司开发出世界上最大的大型伺服压力机，目前公司根据各种生产需求，研发出了机械连杆伺服压力机、曲柄多连杆伺服压力机、液压式伺服压力机等多种类型的伺服压力机 3。 2007 年德国 SCHULER 公司推出了2500-3600KN 系列产品。 2010 年舒勒推出了新一代伺服驱动机械压力机。 自上世纪八十年代以来，我国的一些企业先后引进了日本小松制作所得机械压力机、德国埃尔福特公司的机械多连杆压力机、德国舒勒公司的告诉精 密压力机等多种压力机产品技术，是我国冲压装备在结构、精度、技术性能方面有很大提高 24。 2007 年10 月济南二机床研制出我国第一台大型伺服压力机。台湾金丰企业开发了 CM1 型伺服压力机。 2007 年广州锻压机床厂和华南理工大学联合设计制造的 CDKS 系类肘杆伺服压力机。齐二机床近年先后引进了瑞典 APT 研配试冲液压机技术，与上海交通大学合 3 作成功研制了伺服压力机技术。 2008 年两者又采用沉余容错技术联合开发成功了2000KN 对称肘杆伺服压力机，打破了国外大型伺服电机对中国市场的垄断，发挥了巨大的经济价值。 随着我国 制造业的不断发展，我国已经能生产出最大下压能力为 50000KN 的单动压力机和最大下压能力为 20000KN 的双动压力机以及最大下压能力为 20000KN 的多连杆单动压力机 22。 虽然近几年国内伺服压力机已经有了很大的发展，但在有些关键技术上和国外还是有很大的差距。为了提高了我国大型伺服压力机的研发水平，必须走自主创新之路，开着具有我国自主知识产权的、符合中国发展条件的大型伺服压力机研制工作。 1.2 有限元的发展及现状 有限元法是 根据变分原理求解数学、物理学问题的一种数值方法 ， 是当前各行业通用的重要的计算方法 23。 它是 20 世纪 50 年代末 60 年代初兴起的应用教学、现代力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学。有限元发展至今，已由二维问题扩展到三维问题、板壳问题，由静力学问题扩展到动力学问题、稳定性问题，由结构力学扩展到流体，力学、电磁学、传热学等学科，由线性问题扩展到非线性问题，由弹性材料扩展到弹塑性。塑性、黏塑性和复合材料，从航空技术领域扩展到航天、土木建筑、机械制造、水利工程、造船、电子技术及原子能等。由单一物理场的求解扩展到多物理场的耦合，其应用的深度和广度都得到了极大地拓展 4。 有限元方法是目前 解决科学和工程问题最有效的数值方法。有限元法具有极大地通用性和灵活性；对同一种问题的有限元法，可以编制出通用的程序，应用计算机进行计算；只要适当加密单元的网格，就可以达到工程要求的精度；有限元法采用矩阵形式的表达，便于编程序，可以充分利用高速电子计算机所提供的方便 5。但是在求解一些特殊问题，特别是间断问题时，有限元方法存在着某些固有的缺陷。针对有限元方法的不足， 1999 年，美国西北大学的 Belytschko 研究组提出课一种用于处理间断问题的修正的有限元方法 -扩展有限元法，并增加了对不连续边界的描述 6。 作为建设国家新一代青年，不仅需要懂得工程专业知识、有限元分析知识，还需要懂得计算机软件设计知识，才能主动应用现代工程设计方法来解决工程中遇到的各种力学问题。 4 1.3ANSYS 软件介绍 ANSYS 是一款以有限元分析为基础的大型通用 CAE 软件，是现代产品设计中的高级 CAD 工具之一 7。 ANSYS 软件具有多种有限元分析的能力，一个典型的 ANSYS 分析过程可分为以下三个步骤 8： 创建有限元模型。包括创建或读入几何模型；定义材料属性；划分单元（节点及单元）； 施加载荷进行求解。包括施加载荷及边界条件；求解； 查看结果。包括查看分析结果；检验分析是否正确。压力机的可靠性、安全性、加工精度和使用寿命等是机床结构设计和机床运行应考虑的主要问题，基于此，利用solidworks 和 ANSYS 软件对压力机进行静态分析、模态分析和谐响应应分析，通过分析得出压力机的静刚度、前六阶振型及固有频率，为评价压力机的动静态特性以及后面的设计改造提供了实验数据，为这种类型的压力机设计改进提供了参考。 该平台为图像检测装备领域提供了新的软件架构，能有效的整合图像算法工具、工作流机制以及现场使用需求。和目前国内国外该领域其他的软件工具相比 ，具有突出的优点 9： 1）友好的客户端界面设计，流程图话的操作设计，可以使得最终用户不用直接使用代码或者命令行等其他方式的编码，而且也不用熟悉图像处理的原理，只需要考虑工作流程即可，从而提高可工作效率，减少了用户的负担； 2）使用工作流机制使得底层图像处理算法和可视化流程图之间的数据传递更加有效便捷； 3）平台可扩展性好，可以集成和扩展多种图像处理算法工具，减少二次开发的时间。 4）工作流实时返回处理的实时数据，可以对处理过程的每一个环节实时监控。 参考文献： 1 金风明 .窦志平 .韩新民 .伺服压力机在我国的 发展现状 J.机电产品开发与创新 .2012.1. 2 谢鹏 .简述伺服压力驱动压力机的发展 J.科技创新与应用 .2013. 3 吕言 .周建国 .阮澎 .最新伺服压力机的开发以及今后的动向 J.综述 .2010.1. 4 陈锡栋 .杨婕 .赵晓栋 .范细秋 .有限元的发展现状及应用 J.中国制造业信息化 .2010.6. 5 张晋红 .吴风林 .有限元法及其应用现状 J.综述 .2007.04. 6 郭历伦 .陈忠富 .罗景润 .陈刚 .扩展有限元方法及应用综述 J.力学季刊 .2011.12. 7 谷俊斌 .贾宏玉 .ANSYS 软件在工程力学专业教学中的应用 J.中国冶金教育 .2013(4). 8 王亚利 .ANSYS 软件在机械结构中分析中的应用 .M. 9 樊炳辉 .焦浩 .贾娜 .基于 ANSYS WorkBench 的排爆机器人机械手静力学分析 J.制造业自动化 .2014.02. 5 10钟志华 .周彦伟 . 现代设计方法 .武汉理工大学出版社 .2001.8. 11龚曙光 .ANSYS 基础应用及范例解析 .机械工业出社 .2003.1 12周平 .新型压力机机身有限元分析及优化 D:硕士学位论文 .南京： 南京理工大学， 2007. 13雷小燕 .有限元法 .中国铁道出版社 .2000.10 14张洪武 .有限元分析与 CAE 技术基础 M.北京 .清华大学出版社 ,2004 15梁森 .开式数控回转头压力机机身的有限元分析及优化 D.论文硕士 .山东 .山东工业大学机械系 .2001 16江克斌 ,.屠义强 . 邵飞 .结构分析有限元原理及 ANSYS 实现 . 北京 : 国防工业出社 . 17张祖芳 .开式压力机机身的有限元分析及优化设计 D:硕士学位论文 .南京：东南大学，2004 18尚晓江等 . ANSYS结 构有限元高级分析方法与范例应用 .中国水利水电出版社 .2006.1 19张洪武有限元分析与 CAE技术基础 M北京：清华大学出版社， 2004 20雷小燕 .有限元法 .中国铁道出版社 .2000.10 21江卓 .2000KN 开式曲柄伺服压力机设计 .D:硕士学位论文 .武汉：华中科技大学 .2012.5 22张进 .多连杆机械式压力机动力学分析研究 .D:硕士学位论文 .合肥：合肥工业大学 .2012.4 23张同同 .250 吨数控伺服压力机传动机构运动特性及机架有限元分析 .D:硕士学 位论文 .吉林 .吉林大学 .2013.6. 24黄迅 .三伺服电机驱动机械压力机的设计与研究 .D:硕士学位论文 .上海 .上海交通大学 .2013.2. 6 毕业设计（论文）开题报告 2、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 2.1 课题来源 本课题来源于江苏金方圆数控机床有限公司。 MT200 型 压力机是该公司根据市场需求而开发研制的产品。要求我们运用有限元分析技术对 MT200 型 压力机进行结构分析并给出优化方案。通过本课题的研究 ,为提高压力机产品的性能，质量和寿 命，降低产品成本提供科学计算分析的依据，增强其产品在市场的竞争力。 本课题的目的在于巩固和扩大学生在校期间所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决工程中的实际问题的能力；培养学生调查研究以及资料、信息获取和分析的能力；培养学生在设计过程中使用计算机的能力；培养学生撰写论文的能力；培养学生创新能力和创新精神 。 2.2 课题分析 要求运用有限元分析软件 ANSYS 对 MT200 型 压力机 进行有结构静态分析、模态分析以及结构优化设计 10。利用静态有限元分析，校核液压机机身部件的强度和刚度，并且根据 分析的结果进行结构优化设计以达到降低生产成本，提高经济效益。模态分析可以求出机身振动的固有频率以及相应的振型，分析各种振型对液压机工作状态的影响。这对于了解液压机现有结构的力学特性以及进而改善其结构有重要的意义，为液压机的设计提供了理论和现实依据。主要任务内容有： (1)对 MT200 型 压力机机身 进行三维实体建模； (2)了解 MT200 型 压力机 工作性质和工作状态 ；对其进行工作载荷分析，确定边界条件及加载方案 11； (3)划分网格，进行有限元结构静态分析，求出机身的应力和应变分布规律， 评价载荷对压力机工作 性能的影响 12； (4)对 机身 模型进行自由模态分析，求解 机身 固有频率以及相应的振型等动态参数，分析其对工作状况的影响 13； 根据分析结果，在应力集中危险区域采取措施改善应力状况；在低应力区域，改变相关尺寸变量，以达到减轻部件总体质量的目的。重新进行有限元分析，检验改变尺寸后的刚度和强度。重复进行以上步骤，直到获取最佳方案 14。 2.3 方案制定 1.在 Soildworks 里画出 MT200 压力机的三维模型再导入 ANSYS 软件中 15。 2.选择块单元。 3.对单元进行网格划分，遵循 “均匀应力区粗划 ，应力梯度大的区域细划 ”的原则 16。 7 4.对压力机进行加载：设备在工作时承受两个相反方向的载荷，机身所受载荷简化为对机身的两个方向的均匀载荷。 5.约束条件：压力机通过地脚螺栓与地基项链部分的 6 自由度全约束 17。 6.施加材料特性：机身材料是 Q235A，密度 P=7800kg/m3 7.对压力机进行应力场分析 18。 8.分析压力机在加载情况下机身受力垂直变形以及角变形。 9.对机身结构进行结构静态优化。机身的优化原则是：通过改变机身结构，应用 ANSYS计算出机身最大应力和垂直变形，以许用应力和原有 的变形为约束，优化的目标是选择合适的机身焊接结构与钢板厚度，尽量减轻机身的重量 19。 10.对压力机进行模态分析，得到结构的固有频率和固有振型 ，检验这些模态参数是否符合模态参数准则 20。 3 课题进度安 排表 起始日期 工作内容 第 1-2 周 收集阅读与课题有关的中英文资料 15 篇； 翻译英文资料 ； 第 3-4 周 毕业实习，并完成