J75G-200闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计【优秀】

    本科生毕业设计                毕业设计题目 J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计                                                     学  生  姓  名                                                                 专       业                                                 班       级                                                                                     指  导  教  师                                            完  成  日  期                                             广陵 学院毕业设计（论文）前期工作材料    学生姓名：                 学号：                    系     部：                                         专     业：                                         设计（论文）题目：  J75G-200 闭式高速压力机结构                                                           有限元分析及改进设计                            指导老师：                                           材   料   目   录  序号  名           称  数量  备注  1 毕业设计（论文）选题、审题表  1  2 毕业设计（论文）任务书  1  3 毕业设计（论文）实习调研报告  1  4 毕业设计（论文）开题报告（含文献综述）  1  5 毕业设计（论文）外文资料翻译（含原文）  1  6 毕业设计（论文）中期检查表  1                                                          年    月  日    毕业设计（论文）选题、审题表  学  院   选  题  教  师  姓名   专  业     专业技术 职务   申报课题名称  J75G-200 闭式高速压力 机 结构有限元分析及改进设计  课题性质              课题来源  A B C D            课题简介  本课题来源于江苏扬力集团有限公司。 J75G-200 闭式高速压力 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 J75G-200 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。  通过本课题的研究，使学生能够掌握有限元建模、边界条件的确定、载荷模拟及结构应力应变场的分析及优化设计等现代设计方法。  设计（论文）  要    求  （包括应具备的条件）  技术要求：  (1) 要求校核 J75G-200 闭式高速压力 机机身在承载条件下的刚度和强度；  (2) 要求在保证压 力机强度和刚度的条件下对压力机主要部件进行优化设计；  (3) 分析压力机的模态，并对压力机的工作状况进行评估。  具备条件 ：  (1) 机房提供学生完成课题所需计算机和有限元分析软件 ANASY；  (2) 扬州大学图书馆提供学生所需资料。  课题预计  工作量大小  大  适中  小  课题预计  难易程度  难  一般  易         所在专业审定意见：    负责人（签名）：  年     月    日  院主管领导意见：                                              签名：            年     月     日     毕业设计（论文）任务书     系     部：                                            专     业：                                                              学生姓名：                  学号：                   毕业（论文）题目：   J75G-200 闭式高速压力机 结构     有限元分析及改进设计          起    迄   日   期：         设计（论文）地点：                                指   导    老   师：                                                                  专  业  负  责   人：                                                                   发任务书日期：  年  月  日    毕业设计（论文）任务书  1、本毕业设计（论文）课题应达到的目的：  本课题来源于江苏扬力集 团有限公司。 J75G-200 闭式高速压力机 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 J75G-200 闭式高速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。  通过本课题的研究，使学生能够掌握有限元分析软件，有限元建模、边界条件的确定、载荷模拟及结构应力应变场的分析及优化设计等现代设计方法。  2、本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：  2.1 任务内容  要求运用有限元分析软件 ANSYS 对 J75G-200 闭式高速压力机 进行有结构静态分析、模态分析以及结构优化设计。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，分析各种振型对压力机工作状态的影响。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，为压力机的设计提供了理论和现实依据。主要任务内容有：  （ 1）  对 J75G-200 型 压力机机身 进行三维实体建模 ；  （ 2）  了解 J75G-200 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；   （ 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；  （ 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。 （这项选做 ） ；  （ 5）  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。    2.2 原始条件及数据  该设备的主要参数如下 : 型         号 :  J75G-200；  公   称  压  力 :  2000KN；  滑块行程：      30mm；  标准行程次数 :  150450；  机身材料：底座 QT600-3，密度 37120 mkg ；  横梁 HT300，密度 37300 mkg ；  其他数据（材料等）见图纸。  2.3 技术要求  (4) 要求校核 J75G-200 型 压力机在承载条件下的刚度和强度。  (5) 要求在保证压力机强度和刚度的条件下对压力机主要部件进行优化设计。  （ 3）   分析压力机的模态，并对压力机的工作状况进行评估。  2.4 工作要求  （ 1）  在深刻领会任务内容及要求的基础上，查找相关的文献资料。（ 20 篇以上，除了教师已列出的文献），通过查阅文献资料认真研究原始材料，写出开题报告；  （ 2）  进行理论学习、上机操作、数据处理、分析总结、 整理资料，完成与任务书要求相应的工作，并撰写成毕业论文，独立完成毕业设计的各项工作；  （ 3）  毕业论文或设计说明书需符合规范化要求，即：由中外文题名、目录、中外文摘要、引言（前言）、正文、结论、谢辞、参考文献和附录组成，中文摘要在 400汉字左右，外文摘要在 250 个实词左右，中文题名字数一般不超过 20个，设计说明书、论文或软件说明书的总字数在 1.52 万汉字；  （ 4）  完成英译中资料一份；  （ 5）  毕业设计必须按时按量在规定的地点认真完成。           毕业设计（论文）任务书  3、对本毕业设计（论文）课题成果的要求（包括毕业设计 论文、  图表、实物样品等）：  （ 1） 完成实习调研报告一份；  （ 2） 完成开题报告一份；  （ 3） 完成按本任务书第二项内容所述要求撰写研究论文 一篇 ，篇幅不少于 2万字；。  （ 4） 完成英译中资料一份， 不少于 5000字符 。  4、主要参考文献：  1 梁森 .开式数控回转头压力机机身的有限元分析及优化 D:硕士学位论文 . 山东：山   东工业大学机械系， 2001. 2 雷小宝 .新型数字化压力机的研制 D： 硕士学位论文 .合肥：合肥工业大学， 2007. 3 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. 4 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. 5 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 . 6 高耀东 , 郭嘉平 .ANSYS 机械工程应用 25 例 . 7 刘茜，董正身，基于 ANSYS 的 C 型液压机机身有限元分析，机械设计与制造， 2006，1001-3997 8 刘强，付文智，李明哲 .三梁四柱式多点成形压力机机架结构有限元分析和优化设计 .塑性工程学报 .2003,10(5) 9 傅志方，华宏星 .模态分析理论与应 用 .上海 :上海交通大学出版社 ,2000  10 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 11 傅永华有限元分析基础 M武汉：武汉大学出版社 ,2003 8  12 侯晓望 , 童水光 . 基于有限元分析的液压机结构优化 J. 浙江大学学报 , 2005, 4:   46-48 13 尚晓江 , 邱峰 .ANSYS 结构有限元高级分析方法与范例应用，北京 :中国水利水电出版社 ,2008 14 王文玷，田保杰   科技论文写作与发表   北京：国防工业出版社 . 15 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 16 章争荣，孙友松等，开式数控回转头压力机机身结构及其对刚度的影响，锻压机械，2001， 3 17 钟志华，周彦伟 . 现代设计方法 .武汉理工大学出版社 .2001.8. 18 雷小燕 .有限元法 .中国铁道出版社 .2000.10 19 龚曙光 .ANSYS 基础应用及范例解析 .机械工业出版社 .2003.1          毕业设计（论文）任务书  5、本毕业设计（论文）课题工作进度计划  起止日期  工  作  内  容   第 1-2 周：   第 3-4 周：  第 5-7 周：   第 8-10 周：   第 11 12 周：   第 13-15 周：    收集阅读与课题有关的中英文资料 15篇；  翻译英文资料  ；  毕业实习，并完成实习报告；  调查研究、分析课题，提交开题报告；  有限元软件（ ANSYS）操作练习；  对压力机机身进行有限元建模研究；  结构分析，有限元计算，数据处理；  给出优化方案及分析结果  。  撰写毕业论文  。  对所做工作进行总结、分析、做 PPT,准备毕业答辩   。   所在专业审核意见：     负责人：                 年      月      日   学院意见：        院长：    年    月    日     毕业设计（ 论文）开题报告        学  生  姓  名：                学号：                                                  专        业：                                                                      设计（论文）题目：       J75G-200 闭式高速压力机结构                              有限元分析及改进设计                          指  导  老  师：                                                                    年   月   日     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 国内外高速压力机发展状况  机械 行业 是国民产业中极其重要的基础行业 1。随着我国国民经济的快速发展，各行各业对压力机需求也越来越多，国内国际市场竞争非常激烈。随着现代科学技术的快速发展，机械 行业正从以机器为特征的传统技术时代向着高速化、高精化和柔性化的信息时代发展，即利用当代高科技信息来装备传统的机械行业 2。我们运用有限元分析技术对 高速压力机 进行结构分析并给出优化方案。本课题的研究主要是为了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。本课题中的 J75G-200 闭式高速压力机采用两种有限元分析软件 Ansys Workbench 10.0 和 Abaqus 对其刚度和强度分别进行模拟分析 ,得出机身的应力和变形的分布 ,为结构的合理设计提供了可靠的理 论依据 3。      高速压力机的发展将近有 100 年的历史。 1900 年德国的舒勒 (SCHULER)压力机公司发明生产出世界第一台自动化压力机 4。美国亨利特公司在  1910 年首创四柱底传动结构的高速压力机，当时称为  dieing machine5。在  1955 年以前该机为高速压力机的代表机型。以后随着电机和电器工业的发展，各国纷纷研制高速压力机。 1953 年德国舒勒公司生产出  1250kN 闭式双点压力机，行程  20mm，行程次数达到  150rpm6。后来美国明斯特（ MINSTER）公司推 出的  Pulsar 系列超高速压力机以及日本会田公司引进瑞士布鲁德勒公司技术生产 AIDA-BRUDERER 系列  BSTA 型高速压力机和  PDAL 系列高速压力机也均采用了上传动方式，不但提高了动态精度，也在一定程度上减少了噪声 78。 随着科学的发展，技术的革新，压力机的品种越来越多，质量越来越好，压力越来越大，精度也越来越高。目前世界上能够生产出一流压力机的主要国家都是传统的制造强国，其中以日本、美国和德国为主。现在和日本、德国并称为世界三大高速压力机生产基地 69。 世界上已经能够设计生产出最 大压下能力为 60000KN 的单动压力机、最大压下能力为  32000KN 的双刀压力机以及最大压下能力为 85000KN 的多工位压力机 10。  国内高速压力机是上世纪  80 年代开始从国外引进技术而发展起来的。目前，生产高速压力机的主要厂家有上海第二锻压机床厂、厦门锻压机床有限公司、诸城锻压机床股份有限公司、宁波机床厂和江苏扬力集团等。我国第一台高速压力机是在  1982 年由  济南铸锻机械研究所和北京低压电器厂共同研制的。该压力机公称力为  600KN，最高的速度可达到  400 次 /min。随后又成功研制了公 称力  300KN，最高速度  600 次 /min 的高速精密压力机。跨入  21 世纪后，国内企业中徐州锻压机床厂的高速冲床生产开始形成规模，先后研制成功了  JF75G 系列闭式高速压力机和  V H45 开式高速精密冲床，其冲压速度分别达到  600 次 /min 和  1200 次 /min11。目前，由于国内材料技术和机械加工技术与国外先进技术存在差距，国内高速压力机的发展也受到了相应的制约。其中差距主要表现在高速压力机的可靠性和加工精度上，在高精度的加工领域内缺乏竞争力；国内的自动控制与补偿技术还未较好的应用 于高速压力机中，使国内产品精度相对先进技术较低；由于国内高速压力机产品主要通过引进技术生产和自我研发较少，故而国内压力机品种和规格较为单一 121314。      1.2 有限元的发展与现状      有限元的的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假象的离散为有限数目的规则单元组合体。实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程进度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。有限元的创立与科学的发展和工业界需求相关。 1953 年， Ray W.Clough 在波音公司分析三角形机翼振动时，将机翼分成很多片小三角形板，计算的机翼结构挠度与小比例模型试验数据吻合是有限元的雏形。 1955 年， John H. Argyris 提出矩形单元。 1956 年，第一篇有限元文章发表，正式拉开了有限元发展的历史 15。自从  1965 年 “有限元 ”这个名词第一次出现，到今天有限元方法在工程上得到广泛应用，已经经历了四十年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视， 已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃。主要表现如下几方面：增加产品和工程的可靠性；在产品的设计阶段发现潜在的问题；经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本；缩短产品投向市场的时间；模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费161718。  随着电子计算机速度、容量的提高 ,商品化有限元程序越来越广泛地被人们所接受 ,人们不必再在编写程序上花费大量的精力。不仅如此 ,商品化有限元程序的发展 ,还使用户能够摆脱手工网格划分、逐点输入结点坐标和单元联接信息 ,而且通过屏幕菜单方式 ,得到了良好的人机对话环境和在计算结果分析上鲜明的视觉效果。目前的商品化有限元程序一般分为 3个部分 ,即前处理部分、处理部分和后处理部分。它们通过互交式计算机图形集中到 CAD /CAM系统 19。    有限元方法的一些发展趋势 20： （ 1） 与  CAD 软件的无缝集成  （ 2） 更强大的网格处理能力  （ 3） 由求解线性问题发 展到求解非线性问题  （ 4） 由单一结构场求解发展到耦合场问题求解  （ 5） 程序面向用户具有开放性  1.3 ANSYS 软件简介      ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 ANSYS 开发。 它能与多数CAD 软件接口，实现数据的共享和交换，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I DEAS, AutoCAD 等，是现代产品设计中的高级 CAD 工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块 。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了 100 种以上的单元类型，用来模拟工 程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如 PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY 等。    参考文献  20 朱森第 .我国装备制造业的发展和提升 R.开发研究 ， 2009(1)： 6-11 21 肖燕 .信息化为现代制造业驱动未来 J.世界制造技术与装备市场 ， 2011(2)： 99-104 22 张益锋 ， 夏亮 ， 詹俊勇 .J75G-200 型闭式高速精密压力机机身分析 J.安徽水利水电职业技术学院学报 ， 2011， 11(1) 23 张进 .多连杆机械式压力机动力学分析研究 D.合肥 ：合肥工业大学， 2012 24 刘运玺 .HD-200 高速压力机工作机构的动力学仿真及其机身结构优化 D.山东 ： 山东大学， 2013 25 张益锋 ， 夏亮 ， 詹俊勇 .J75G-200 型闭式高速精密压力机机身分析 J.安徽水利水电职业技术学院学报 ， 2011， 11(1) 26 陈正中 .高速精密压力机特点及其发展趋势 J.锻压机械， 1998， 32(5)： 8-9 27 张宝玮 .中国锻压技术及装备的现状与发展 J.机械工人（热加工） ， 2003， 53(4)： 41-43 28 蒋舒 .高速精密压力机精度分析与试验研究 .D.江苏 ： 东南大学 ， 2010 29 周晓平 .板冲压力机及其自动冲压线 J.一重技术 ， 1993(4)： 69-74 30 管培鹏 .高速压力机多体动力学研究及仿真 D.南京：南京航空航天大学， 2012   31 王磊 .高速压力机的精度分析与研究 .D.江苏 ： 东南大学 ， 2007 32 黄才元 ， 宋志强 .中国锻压机床的现在和未来 J.锻压装备与制造技术 .2006， 2， 12-17 33 赵升吨 ， 张学来 ， 高长宇等 .高速压力机的现状及其发展趋势 J.锻压设备与制造技术， 2005， (1). 34 王华瑜，初克建 .土木工程有限元程序现状与发展 R.山东：山东省龙口市金泰规划建筑设计有限 公司；北京天圆泰工程造价咨询有限公司， 2011 35 傅永华 .有限元分析基础 M.武汉 ： 武汉大学出版社 ， 2003.8 36 李人宪 .有限元法基础 M.北京 ： 国防工业出版社 ， 2002.5 37 杨先海 ， 褚金奎 ， 尹明富等 .有限元数值模拟技术及工程应用 J.机械设计与制造 ，2003(3)： 107-108 38 张晋红 ， 吴风林 .有限元法及其应用现状 D.山西：太原理工大学机械工程学院 ， 2003 39 蒋晨 .基于有限元技术的板材加工机械优化设计与分析 D.南京：东南大学， 2005                        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 课题的来源  本课题来源于江苏扬力集团有限公司。 J75G-200 闭式高速压力机 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 J75G-200 闭式高速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。  2.2 课题分析（研究或解决的问题）      运用有限元分析软件 ANSYS 对 J75G-200 闭式高速压力机 进行有结 构静态分析、模态分析以及结构优化设计。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，分析各种振型对压力机工作状态的影响。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，为压力机的设计提供了理论和现实依据。主要任务以及要解决的问题是：  （ 1） 对 J75G-200 型压力机机身进行三维实体建模；  （ 2） 了解 J75G-200 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 ；  （ 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；  （ 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 ；  （ 5） 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。  2.3 方案定制             （ 1）  先熟悉和了解 Solidwords 软件和 ANSYS 软件；  （ 2）  在 Solidwords 里画出 J75G-200 闭式高速压力机 的三维模型；  （ 3）  将高速压力机的模型导入 ANSYS 软件；  （ 4）  添加材料特性：机底是 QT600-3，密度 =7120 /m3； 横梁 HT300， 密度 =7300 /m3 （ 5）  对单元进行网络划分，遵循 “ 均匀应力区粗划，应力梯度大的区域细划 ” 原则 ；  （ 6）  对模型选择自由端和固定端，并添加约束条件；    （ 7）  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布载荷；  （ 8）  对压力机进行应力场分析；  （ 9）  分析压力机在加载情况下机身变形情况以及应力和应变分布规律；  （ 10） 对机身结构进行结构静态分析优化，评价载荷对压力机工作性能的影响，从而选择合适的机身尺寸和材料厚度，尽量减轻机身的重量；  （ 11） 对压力机进行自由模态分析，得到机身结构的固有频率以及相应的振型等动态参数，分析其对工作的状况的影响；  （ 12） 通过分析结果，改善应力状况和改变相关尺寸变量，以减轻总体质量，然后进行有限元分析，检验刚度和强度，依次重复以上步骤，直至取得最佳方案。                           方案定制框图                                   课题分析对所做工作进行总结、分析、做 PPT,准备毕业答辩   。  寻找相关资料，如文献，图纸尺寸等  进行三维建模  用 solidworks 根据压力机的尺寸画出三维模型  将三维模型导入 ANSYS 软件   先了解 ANSYS 软件的基本操作   添加材料特性    材料特性：底座是 QT600-3,密度 =7120 /m3 ；横梁 HT300，密度 =7300 /m3 ；   网络划分  设置好网络参数  添加约束  选择固定约束，选择固定端和自由端  添加载荷  求得机身应力及应变的分布规律   进行有限元结构静态分析   得出机身固有频率及相应的振型等动态参数   进行模态分析  得出最佳方案  刚度和强度是否达要求   Y 改善应力状况和改变机身尺寸   N   2.4 本毕业设计课题工作进度计划  起止日期  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，并完成实习报告；  第 5 -7 周  调查研究、分析课题，提交开题报告；  第 8 -10 周  有限元软件（ ANSYS）操作练习；  对压力机机身进行 有限元建模研究；  结构分析，有限元计算，数据处理；  第 11 12 周  给出优化方案及分析结果 ；  撰写毕业论文 ；  第 13 - 15 周  对所做工作进行总结、分析、做 PPT,准备毕业答辩 ；                   毕业设计（论文）开题报告    指导教师意见 ：  1、对“文献综述”的评语：      2、对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果  的预测：     指导老师：                           年    月    日  所在专业审查意见：    负责人：                                                   年     月     日  毕业设计（论文）中期检查表    学生姓名   学号   指导教师    选题情况   课题名称    J75G-200 闭式高速压力机结构 有限元分析及改进设计  难易程度  偏难   适中    偏易   工  作  量  较大   合理    较小   符合规范化  的要求  任务书  有    无   开题报告  有    无   外文翻译质量  优   良    中   差   学习态度  出勤情况  好        一般    差   工作 进度  快   按计划进行        慢   中期工作汇报及解答问题情况   优       良       中       差      中期成绩评定：  所在专业意见：                                                                 负责人                 年       月        日   实习 调研 报告  -杨力集团参观实习报告    2014 年 4 月 9 日下午 2 点，老师组织我们参观实习，这是我们机械制造专业知识结构中不可缺少的组成部分，并 作为一个独立的项目列入毕业设计的安排中。其目的在于通过实习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面；同时专业实习又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有创新的精神，拓展我们的发散性思维，也是学生接触社会的一个重要途径，体验企业工作的内容和方法。这些实际知识，对我们的毕业设计过程中起着十分有意义的作用。同时对我们以后在工作岗位上是从事技术方面的工作还是管理方面的工作，都将有很大的帮助。带着激动而兴奋的心情，我们来到了目的地进行参观。  在研究生的带领下，我们参观了扬州杨力集团 。杨力集团有限公司 始创 1966年，总部坐落于长三角沿江工业走廊核心区域的扬州市邗江经济开发区。现有员工 6000余人，占地面积 1600 亩，注册资本 1亿元，资产总额 22亿元。集团下辖扬力重机、扬力数控、扬力精机、扬力液压、扬力机床等五家全资或控股企业。凭借得天独厚的区域环境和自身优势，扬力集团以 46年的光辉历程，创造了我国锻压机床发展史上一个又一个奇迹，先后荣获“国家重点高新技术企业”、“中国锻压机床排头兵”、“中国机械企业 500 强”、“全国五一劳动奖状”等荣誉和称号。 2008 年，扬力商标被国家工商总局正式认定 为“中国驰名商标”。  此次，我们主要参观了压力机生产车间，通过公司负责人的介绍，我了解了杨力集团长期致力于压力机的开发与研究。主要产品有 J75G系列闭式双电高速精密压力机 ； SHC 系列三圆导柱高速精密压力机  ； P2H 系列闭式双点高速精密压力机等。并且介绍了压力机的工作原理，和受力情况。 长期以来，扬力集团致力于冲、剪、折、激光等各类中高端金属板材设备的开发研制，实施以“品牌、品质、品位”为一体的“三品”战略，打造技术一流的职工团队，创造国内领先的产品品牌，产品广泛应用于航空、汽车、家电、五金、造币等生产领域，并 远销欧美、东南亚等几十个国家和地区。 随着全球经济一体化步伐的加快，今天的扬力人正将目光聚焦世界，不惜重金引进技术、引进人才、扩大投入，瞄准国际一流水平，加大产品与产业结构调整力度，努力实施从 “ 数量扩张型 ” 到 “ 技术创新型 ” 、 “ 质量增长型 ” 和 “ 服务推进型 ” 转变，以 “ 务实、创新、卓越 ” 的精神风范和 “ 创新转型、扬力快行 ”的发展思路投身 “ 十二五 ” 高端制造的浪潮之中，向着百亿企业、百年扬力的目标昂然迈进。      总结这次参观的感想，我学习了不少机械领域以往所不知道的知识，了解了我们国家机械现状和最新进展情况，还对机械 领域的人才需求有了较为系统的了解。也是对以前所学知识的一个初审，从这次参观中，让我深刻的体会到了，自身知识的缺乏，和对现代工业的无知，对于先进技术的不了解，跟不上社会发展的步子，自己仍然停留在“原始社会”。现代高科技化的生产运作，已经是随处可见，然而我  们却从来没有真正的体验过。从这次的经历中，让我明白了只有实践才能让我们提高，学习书本的知识，是为了在实践中运用，在从中体会总结经验，提高自身技能和实战经验。我必须加强专业知识和实践的结合，以使自己将来进入公司能尽快的适应公司，适应社会。为整个机械行业，为整个社 会做出自己的一份贡献。为未来做好充分的准备，才能立足于这个竞争激励的社会！               I  中文摘要  有限元分析和结构优化等 CAE 技术的应用，对于缩短产品开发周期，提高产品质量，降低制造成本，增强企业竞争力具有重要意义。本论文以压力机机身为研究对象，利用有限元分析软件 ANSYS 作为分析工具，进行有结构静态分析、结构优化设计以及模态分析。    首先， 采用四面体实体单元建立机身的三维有限元模型，对压力机机身结构和受力特点进行分析，确定其载荷分布和约束，分析计算有限元模型，得到机身的应力与应变分布规律。校 核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 ,通过较传统的人工优化找出了比较合理的结构，用加厚材料来矫正变形量过大的问题，用去除受力或变形小区域的材料来减轻质量等。  其次， 运用 ANSYS Workbench 进行模态分析，分析其固有频率以及对应的振型。了解该压力机的模态特征和动态特征，为结构的 动态 设计和改进提供了理论依据和基础 。  最后 ， 对论文的研究内容进行了总结和展望。   关键词：压力机，有限元分析，优化设计，模态分析           II   Abstract The application of finite element analysis and structure optimization of CAE technology, to shorten the product development cycle, improve product quality, reduce manufacturing cost, is of great significance to enhance the competitiveness of enterprises. The press frame as the research object, using finite element analysis software ANSYS as the analysis tool, a structural static analysis and modal analysis, structure optimization design. First of all， to establish a three-dimensional finite element model of the frame using tetrahedron solid element, the press frame structure and force characteristics of the analysis, to determine the load distribution and constraints, calculation and analysis of finite element model, to get the stress and strain distribution. Check the strength and stiffness of body parts, and the structure optimization design based on the analysis of the results, a reasonable structure has been found by artificial optimization than traditional, with thicker materials to correct excessive deformation problem, remove stress or deformation small region of the material to reduce quality etc. Secondly, the use of ANSYS Workbench analysis of modal analysis, the natural frequency and the corresponding vibration mode. Understand the modal characteristics of the press and the dynamic characteristic, has provided the theory basis and the foundation for dynamic design and structure improvement. Finally, the research contents of the thesis are summarized and prospects.  Keywords: Press, finite element analysis, optimization design, modal analysis       III    目录  中文摘要  . I Abstract . II 第一章  绪论  . 1 1.1 国内外压力机发展状况  . 1 1.1.1 国外压力机发展状况  . 1 1.1.2 国内压力机发展状况  . 1 1.2 有限元分析方法  . 2 1.2.1 有限元理论  . 2 1.2.2 有限元分析软件的简介  . 3 1.2.3 机身结构设计中的有限元运用  . 4 1.3 课题来源及选题的目的和意义  . 4 1.3.1 课题来源  . 4 1.3.2 选题的目的和意 义  . 4 1.3.3 课题研究的内容和解决的问题  . 5 第二章  压力机机身的静态分析  . 7 2.1 机身简介  . 7 2.2.1 单元类型的选择  . 8 2.2.2 网络的划分  . 9 2.2.3 边界条件的施加  . 10 2.2.4 材料特性  . 11 2.3 计算结果分析  . 11 2.3.1 应力和变形要求  . 11 2.3.2 应力和变形图形显示  . 12 2.3.3 应力分析  . 15 2.3.4 变形分析  . 15    IV 2.4  本章小结  . 15 第三章  机身结构的改进  . 16 3.1 优化分析  . 16 3.2 优化方案一  . 16 3.3 优化方案二  . 18 3.4 优化方案三  . 20 3.5 优化方案四  . 22 3.6 选择最佳方案  . 24 3.7 本章小结  . 25 第四章  机身的模态分析  . 26 4.1 模态分析概述  . 26 4.1.1 模态分析理论基础  . 26 4.1.2 模态分析原理  . 26 4.2 对机身进行模态分析  . 27 4.2.1 自由模态分析  . 27 4.2.2 自由模态描述  . 31 4.2.3 约束模态分析  . 31 4.2.4 约束模态描述  . 35 4.3 本章小结  . 36 第五章  结论和展望  . 37 5.1 结论  . 37 5.2 展望  . 37 致谢  . 39 参考文献  . 40     J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    1  第一章  绪论  1.1 国内外压力机发展状况  机械行业是国民产业中极其 重要的基础行业 1。随着我国国民经济的快速发展，各行各业对压力机需求也越来越多，国内国际市场竞争非常激烈。随着现代科学技术的快速发展，机械行业正从以机器为特征的传统技术时代向着高速化、高精化和柔性化的信息时代发展，即利用当代高科技信息来装备传统的机械行业 2。我们运用有限元分析技术对 高速压力机 进行结构分析并给出优化方案。 来 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。  1.1.1 国外压力机发展状况  高速压力机的发展将近有 100 年的历史。 1900 年德国的 舒勒 (SCHULER)压力机公司发明生产出世界第一台自动化压力机 3。美国亨利特公司在  1910 年首创四柱底传动结构的高速压力机，当时称为  dieing machine4。在  1955 年以前该机为高速压力机的代表机型。以后随着电机和电器工业的发展，各国纷纷研制高速压力机。 1953 年德国舒勒公司生产出  1250kN 闭式双点压力机，行程  20mm，行程次数达到  150rpm5。后来美国明斯特（ MINSTER）公司推出的  Pulsar 系列超高速压力机以及日本会田公司引进瑞士布鲁德勒公司技术生产 AIDA-BRUDERER 系列  BSTA 型高速压力机和  PDAL 系列高速压力机也均采用了上传动方式，不但提高了动态精度，也在一定程度上减少了噪声 6-7。随着科学的发展，技术的革新，压力机的品种越来越多，质量越来越好，压力越来越大，精度也越来越高。目前世界上能够生产出一流压力机的主要国家都是传统的制造强国，其中以日本、美国和德国为主。现在和日本、德国并称为世界三大高速压力机生产基地 58。世界上已经能够设计生产出最大压下能力为 60000KN 的单动压力机、最大压下能力为  32000KN 的双刀压 力机以及最大压下能力为 85000KN 的多工位压力机 9。  1.1.2 国内压力机发展状况  国内高速压力机是上世纪  80 年代开始从国外引进技术而发展起来的。目前，生产高速压力机的主要厂家有上海第二锻压机床厂、厦门锻压机床有限公司、诸城 J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    2 锻压机床股份有限公司、宁波机床厂和江苏扬力集团等。我国第一台高速压力机是在  1982 年由济南铸锻机械研究所和北京低压电器厂共同研制的。该压力机公称力为  600KN，最高的速度可达到  400 次 /min。随后又成功研制了公称力  300KN，最高速度  600 次 /min 的高速 精密压力机。跨入  21 世纪后，国内企业中徐州锻压机床厂的高速冲床生产开始形成规模，先后研制成功了  JF75G 系列闭式高速压力机和  V H45 开式高速精密冲床，其冲压速度分别达到  600 次 /min 和  1200 次 /min10。目前，由于国内材料技术和机械加工技术与国外先进技术存在差距，国内高速压力机的发展也受到了相应的制约。其中差距主要表现在高速压力机的可靠性和加工精度上，在高精度的加工领域内缺乏竞争力；国内的自动控制与补偿技术还未较好的应用于高速压力机中，使国内产品精度相对先进技术较低；由于国 内高速压力机产品主要通过引进技术生产和自我研发较少，故而国内压力机品种和规格较为单一 11-13。  1.2 有限元 分析方法  1.2.1 有限元理论  有限元的的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假象的离散为有限数目的规则单元组合体。实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程进度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。有限元的创立与科学的发展和工业界需求相关。1953 年， Ray W.Clough 在波音公司分析三角形机翼振动时，将机翼 分成很多片小三角形板，计算的机翼结构挠度与小比例模型试验数据吻合是有限元的雏形。 1955 年， John H. Argyris 提出矩形单元。 1956 年，第一篇有限元文章发表，正式拉开了有限元发展的历史 14。自从  1965 年 “有限元 ”这个名词第一次出现，到今天有限元方法在工程上得到广泛应用，已经经历了四十年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航 天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃。主要表现如下几方面：增加产品和工程的可靠性；在产品的设计阶段发现潜 J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    3 在的问题；经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本；缩短产品投向市场的时间；模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费 15-17。  1.2.2 有限元分析 软件的 简介      ANSYS 是目前国际上著名的有限元软件之一，该软件是集结构、 热、流体、电磁场、声场和藕合场分析于一体。 ANSYS 广泛应用于机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学研究等众多领域。      ANSYS 作为一个功能强大、应用广泛的有限元分析软件，其技术特点主要表现在以下几个方面 :     1） 数据统一。 ANSYS 使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果，实现前后处理、分析求解及多场分析的数据统一。      2） 强大的建模能力。 ANSYS 具备三维建模能力，仅靠 ANSYA 的 GUI(图形界面 )就可建立各种复杂的几何模型。      3） 强大的求 解功能。 ANSYS 提供了数种求解器，用户可根据分析要求选择合适的求解器。      4） 强大的非线性功能。 ANSYS 可以进行几何非线性、材料非线性及状态非线性分析。      5） 智能网格划分。 ANSYS 可根据模型的特点自动生成有限元网格。      6） 良好的优化功能。利用 ANSYS 的优化设计功能，用户可以确定最优设计方案：利用 ANSYS 的拓扑优化功能，用户可以对模型进行外型优化，寻求物体对材料的最佳利用。      7） 可实现多场藕合功能。 ANSYS 可以研究各物理场间的相互影响。      8） 提供与其他程序接口 。 ANSYS 提供了与多数 CAD 软件及有限元分析软件的接口程序 ,可实现数据共享和交换。      9） 良好的用户开发环境。 ANSYS 开放式的结构使用户可以利用 APDL、 UIDL和 UPFS 对其进行二次开发。      结构分析是 ANSYS 功能之一，其中包括：静力分析 (用于分析结构的静态行为，可以考虑结构的线性及非线性特性 )；模态分析 (计算线性结构的自振频率及振型 )；谱分析 (是模态分析的扩展 ,用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变 )；协响应 J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    4 分析 (确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应 )；瞬态动力学分析 (确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性特性 )；特征屈曲分析 (用于计算线性屈曲荷载，并确定屈曲模态形状 )；专项分析 (断裂分析，复合材料分析，疲劳分析 )等。  1.2.3 机身结构设计中的有限元运用  优化设计越来越多地应用于产品设计中。通过优化设计，能够使零部件的的力学性能得到改善，并获得理想的结构布局和尺寸大小。结构优化是指在预定目标和一组给定几何和行为约束的范围内，寻求满足条件的最优解。机械结构应用优化设计方法一般可节省材料 7% 40%，因此优化设计技术越来越受到人们的重视。  机身是机床中结构和受力比较复杂的部件，机身有限元分析的目的在于提高其承受能力和抗变形能力、减轻其自身重量并节省材料。另外，就整个机构而言，当机身重量减轻后，整个机床重量也随之降低，从而改善整个机床的动力性和经济性等性能。  安全、节能和环保是机床面临的三大热点问题，如何提高整个机床的加工精度是机床稳定性中需要解决的问题之一。利用有限元法进行机床加工过程的模拟计算，涉及到大变形等非线性问题，不同于一般的有限元分析。由于模拟计算可以节省昂贵的实体实验经费，且在设计 阶段模拟分析是唯一的分析手段，国内、外机床公司普遍采用这一方法。  1.3 课题来源及选题的目的和意义  1.3.1 课题来源  本课题来源于江苏扬力集团有限公司。 J75G-200 闭式高速压力机 是该公司根据市场需求而开发研制的产品。运用有限元分析技术对 J75G-200 闭式高速压力机 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。  1.3.2 选题的目的和意义  近年来 ， 由于我国国民经济的飞速发展 ， 各行各业对压力机特别是新 型压力机的需求越来越多 ， 国内国际市场竞争非常激烈。世界许多压力机生产厂家都把精力 J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    5 集中在开发高速度、高精度的压力机上。我国目前对压力机机身的设计长期以来还沿用经验、类比的传统设计方法 ， 设计出的床身不仅性能差 ,结构笨重 ， 速度、精度提不高 ， 而且设计周期长 ， 制造成本高 ， 更新换代慢 ， 这些问题使得国产压力机在高档次压力机领域内无法与国外压力机相抗衡。随着电子技术、计算机技术与机床分析技术的结合 ， 要求我们引入现代设计理念与手段 ， 利用有限元法进行静态、动态特征的计算 ， 对新型压力机机身作全面的分析优化。同时 ， 对压力机的优化方 法进行探索 ， 实现真正意义上的设计 。  1.3.3 课题研究的内容和解决的问题  1）主要内容  要求运用有限元分析软件 ANSYS 对 J75G-200 闭式高速压力机 进行有结构静态分析、模态分析以及结构优化设计。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，分析各种振型对压力机工作状态的影响。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，为压力机的设计提供了理论和现实依据。  2）技术要求  （ 1）   要求校核 J75G-200 型 压力机在承载条件下的刚度和强度。  （ 2）   要求在保证液压机强度和刚度的条件下对液压机主要部件进行优化设计。  （ 3）   分析液压机的模态，并对液压机的工作状况进行评估。  3）方案定制  （ 1）   先熟悉和了解 Solidwords 软件和 ANSYS 软件；  （ 2）   在 Solidwords 里画出 J75G-200 闭式高速压力机 的三维模型；  （ 3）   将高速压力机的模型导入 ANSYS 软件；  （ 4）  添加材料特性 ： 机底是 QT600-3，密度 =7120kg/m3；横梁 HT300，密度=7300kg/m3；  （ 5）   对单元进行网络划分，遵循 “ 均匀应力区粗划，应力梯度大的区域细划 ” 原则；  （ 6）   对模型选择自由端和固定端，并添加约束条件；   J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    6 （ 7）   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布载荷；  （ 8）   对压力机进行应力场分析；  （ 9）   分析压力机在加载情况下机身变形情况以及应力和应变分布规律；  （ 10）  对机身结构进行结构静态分析优化，评价载荷对压力机工作性能的影响，从而选择合适的机身尺寸和材料厚度，尽量减轻机身的 重量；  （ 11）  通过分析结果，改善应力状况和改变相关尺寸变量，以减轻总体质量，然后进行有限元分析，检验刚度和强度，依次重复以上步骤，直至取得最佳方案。  （ 12）  对压力机进行模态分析，得到机身结构的固有频率以及相应的振型等动态参数，分析其对工作的状况的影响；                   J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    7 第二章  压力机机身的静态分析  2.1 机身简介  机身是压力机的一个基本支撑部件，工作时承受全部工作变形力。因此，机身的合理设计对减轻压力机重量，提高压力机刚度 ,以及减少制造工时，都有直接的影响。 机身分为两大类：即开式机 身和闭式机身。 J75G-200 是 闭式高速压力机双电高速精密压力机。 机身结构如下图所示。 J75G-200 闭式 的主要技术规格如下：  型         号：  J75G-200 公   称  压  力：  2000KN 滑块行程：      30mm 标准行程次数：  150450/min  图 2.1  机身 几何 结构图  2.2 有限元模型的建立  在进行有限元分析之前，首先需要将分析对象的结构模型转换为便于分析的结构分析模型或力学模型。为保证全面地反映机身的应力应变情况，同时使有限元模型得到简化，确定了下面四条建 模原则：  1） 对于明显不会影响机身的整体强度、刚度的部位 ,如螺钉孔、销孔、圆角等予横梁  底座  工作台   J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    8 以简化；      2）认为焊接质量可靠，且不考虑焊接对各板传力的影响；  3）将导轨看成自由界面，滑块与导轨之间无力的传递；  4）地脚螺栓刚度无限大，不考虑地基及机身以外部件弹性变形；   图 2.2  压力机实体模型  底座材料 QT600-3，密度 37120 mkg ，弹性模量为 1.69E+11N/m2，泊松比为 0.286；横梁材料 HT300，密度 37300 mkg ，弹性模量为 1.43E+11N/m2，泊松比为 0.27。  2.2.1 单元类型的选择  在以往压力机机身的分析中，由于受计算机硬件水平的限制，多选用有限元中的梁、板壳单元来描述机身的结构。由于机身各部分具有不同的板厚，因此即使选择同一单元类型时，也必须设置不同的实常数来定义板厚、梁单元的截面尺寸、转动惯量等参数，若设置参数较少，必然会对结构作较大简化；若参数设置较多，又给单元的划分增加了计算量和复杂程度。同时，由于板单元和梁单元的节点自由度数不同，因此必须考虑不同类型单元之间连接时位移的连续性问题，这就需要人工调整。若人工 干预太大，容易引起单元畸变。因此，用板、梁等单元建立的有限元模型，必将带来一定的计算误差，特别是对一些重要的局部区域，其分析时误差较 J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    9 大。  因此用三维实体单元来描述机身结构，更能反映机身的实际情况。在 ANSYS 软件里，三维实体单元有六面体单元和四面体单元两种。由于六面体单元在划分时要求结构规则，而对于机身这类较复杂的结构，对其进行六面体单元的自动划分十分困难。采用四面体单元分析三维结构，单元划分比较灵活，可以逼近较复杂的几何形状。因此 ， 本文计算时 ， 采用单元 sohd45， 该单元为四面体 8 节点三维实体线性单元 ， 每 节点有三个移动自由度 ， 同时指定单元边长 ， 这样可以得到比较均匀的单元 ， 从而节省计算时间。  2.2.2 网络的划分  利用 ANSYS Workbench 的智能尺寸网格划分功能，网格划分器 Meshing tool 对将要划分网格的体上的所有线估算单元边长大小，对几何体上的弯曲近似区域的线进行细化，自动生成合理形状的单元和单元尺寸分布。通过基本控制和高级控制可以设置网格划分的智能尺寸，本人将网格尺寸选择为 60mm，精度为 100，畸变度选择 0.3。网格划分后共产生 65451 个单元， 118025 个单元节点。  精度越高，网格 的质量也越好。当然，复杂几何区域的网格单元会变扭曲。劣质的单元会导致劣质的结果，或者在某些情况无结果 !有很多方法来检查单元网格质量 (mesh metrics*)。例如，一个重要的度量是单元畸变度（  Skewness ）。畸变度是单元相对其理想形状的相对扭曲的度量，是一个值在 0 (极好的 ) 到 1 (无法接受之间的比例因子。划分网格后的机身如图 2-3 所示。   图 2.3 机身网络划分   J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    10 2.2.3 边界条件的施加  1）载荷的施加  本设备的公称压力是 2000KN，但由于实际应用中载荷并不是由零缓慢增加，在冲压工件时 具有一定的加速度，机身实际上受到的是动荷作用，故应在静载荷上乘以一个动荷系数 1.20，即 2400KN。分析其应力和变形时，取其公称压力为机身的外载荷。机身在工作时承受两个方向的载荷，一个是作用在曲轴支撑孔上，方向向上；另一个是作用在工作台上，方向向下。两者大小相等，方向相反。工作台上的载荷是均布载荷的形式作用于机身上，二轴承孔上的载荷是通过加载到半轴上的载荷通过接触的设置，间接传递到轴承孔上，这样能够真实地反应轴承孔的受力。  2）工作台及曲轴支撑孔上载荷的处理      工作台上的压力 KNF 2400 ，工作台面积是 2085.2185.1761.1 mA 。由公式AFP / ，得工作台所受压力为 MPaP 15.1 。右侧 曲轴支撑孔 受到向上的力KNF 6001 ， 21 7 4 6 1 2125.019.014.3 mmRLA 。利用余弦公式计算 支撑 孔的不均匀受力， M PayyAFP )s in (*16)s in (*/2 111 。中间两个 曲轴支撑孔 受到向上的力 KNF 6002 ， 28 4 8 2 32 mmRLA ， MP ayPP )s in (*1.1432 。左侧 曲轴支撑孔 受到向上的力 KNF 6004 ， 24 71667 mmA 。 M PayP )s in (*7.164 。 在 Workbench进行有限元分析时，将载荷按照计算结果施加在 曲轴支撑孔 ，看机身的受力和变形情况。  3）边界约束条件      J75G-200 是 闭式高速压力机 机座的边界约束条件是通过地脚螺钉与地面相连的全约束，即可近似模拟其实际位移状态。外力载荷及边界约束如图 2.4 所示。    J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    11  图 2.4  外力载荷及边界约束  2.2.4 材料特性  机身为 QT600-3 和 HT300 钢的板材焊接结构，在工作时其变形是弹性变形。材料特性常数包括：弹性模量、泊松比、密度，根据机械设计手册， QT600-3 钢的弹性模量 E 为 169Gpa，泊松比 为 0.286， QT600-3 钢的密度取 = 7120kg/m3。 HT300钢的弹性模量 E 为 143Gpa，泊松比 为 0.27， QT600-3 钢的密度取 = 7300kg/m3。  2.3 计算结果分析  2.3.1 应力和变形要求  （ 1）   变形要求： 0.25mmxx ； 0.25m m yy ； mmzz 0.25 。  （ 2）   要求 :材料为球墨铸铁和灰铸铁，结构的破坏形式一般为塑性屈服。因而在强度分析中采用第三强度理论或第四强度理论。第三强度理论未考虑主应力 2 影响，可以较好的表现塑性材料屈服现象，适用于拉伸屈服极限和压缩屈服极限相同的材料。第四强度理论考虑了注意力 2 的影响，而且和实 验较符合，与第三强度理论比较更接近实际情况。因而在强度评价中通常采用第四强度理论导出的等效应力e（又称 Von Mises 等效应力）来评价。       第四强度的含义就是：在任何应力状态下，材料部发生破坏的条件是：                                 e  J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    12         许用应力，    安全系数 s      而e= )()()(21 213232221 其中： 1 ， 2 ，3第一，第二，第三主应力  由前可知，机身材料为 QT600-3，s=370MPa 考虑到疲劳修正系数和疲劳修正系数安全系数，故安全 系数取 1.47，底座 =s/安全系数 =370/1.47=252MPa，横梁 =s/安全系数 =300/1.47=204MPa. 而我们所要的应力要求是： MPa204  2.3.2 应力 和变形 图形显示  1） Von Mises 应力等值线图 （单位： MPa，以下相同）   图 2.5   应力等值线图        J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    13 2） X 方向变形图 （单位： mm，以下相同）   图 2.6  X 方向变形图  3） Y 方向变形图   图 2.7  Y 方向变形图     J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    14 4） Z 方向变形图   图 2.8  z 方向变形图  5）总变形图   图 2.9  总变形图     J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    15 2.3.3 应力分析  由 Von Mises 应力等值线图可以看到，最大应力为 43.012MPa，最小应力很小，这么小的应力可以忽略不计。按第四强度理论 max 。其中 MPa204 这是前面已经计算过了的 ， 应力满足条件。  2.3.4 变形分析  由变形图可以看到最大变形量是 0.21457mm， X 方向的最大变形量是0.080341mm， Y 方向的最大变形量是 0.21448mm， Z 方向的最大变形量是0.032461mm。最小变形量是 0mm。变形要求： 0.25mmX X； 0.25m myy ； mmzz 0.25 。都是满足要求的。  2.4  本章小结  本章主要内容是详细介绍在设计过程中的三维实体模型的建立，确定有限元分析中的单元选择，网格划分方法，载荷的施加，约束的施加以及用分析软件对模型进行分析并得出结论。  本章介绍了模型建立过程中的注意点以及简化模型建立的原则，让读者能了解三维实体建模的整个过程。在有限元分析得出分析图之后，通过 XYZ 三个方向的变形以及应力图，来判断所建模型是否满足强度和刚度的要求，如果不满足则需要改进机构，假如满足要求了，还要从节省材料成本的角度上看，在不影响压力机功能的前提下是否可以去除一 些不必要的部分。有限元分析是都是不考虑圆角和倒角的，所以还要将应力集中问题考虑在内。             J75G-200 闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计    16 第三章  机身结构的改进  3.1 优化分析  一般来说，正规的设计方法，往往取决于各种因素的作用，提出一种初始方案，然后