立式钻床立柱的有限元分析与结构优化.pdf

文档介绍：立式钻床立柱的有限元分析与结构优化摘要本文在总结数控机床发展现状的基础上,针对某型立式钻床生产成本较高的现象,利用ANSYS有限元软件对钻床立柱部分进行了动静态性能分析,并在保证其动静态性能的前提下,以立柱减重为最终目标提出改进方案,并对改进后的结构进行了动静态性能验证。首先,对有限元理论给出了较为详细的介绍,并依据钻床结构特点, 利用APDL语言建立钻床立柱的有限元参数化模型,给出简化后的载荷与约束,对其进行了静态性能的分析。为提高分析效率、保证分析结果的准确性,本文对立柱的分析采用了多种加载方式,通过分析结果的比较,得到既准确又有效的加载方法,为后续模型的优化奠定了基础。其次,本文简要介绍了结构优化的相关理论,并概述了ANSYS优化程序。立柱的优化减重本应建立在保证原有动静态性能的基础之上,但对加工精度主要受静态性能影响的立式钻床而言,其静态性能指标就成为结构改进优化的重要标准。因此,以立柱静态优化为主体,在保证立柱原有静态性能的前提下,优化立柱结构,降低立柱重量。为减少ANSYS优化难度, 确保利用有限资源下对立柱ANSYS优化的J颐利进行,本文在该部分主要对除去内部加强筋的立柱外壳进行优化。同时考虑到不同的参数化建模对优化结果的影响,在优化过程中采用不同的建模方式,并分别设定不同变量为设计变量,目的在于针对不同的方法寻求更好的优化途径。在此优化基础之上,针对立柱内壁加强肋的布置,给出了四种布置方案,通过有限元分析,从中选出的较为合理的肋板形式,组成新的立柱模型。再次,为提高立柱的减重量,满足企业对成本降低量的要求,本文根据立柱的受力特点,采用优化选型法对立柱的结构做进一步的改进,寻找更为有效的减重模型。在此过程中,本文采用给出两种选型方法,通过选型方案,虽未得到新的立柱模型的最优解,但最终选择的模型更为符合要求,并满足了企业要求的生产成本。最后,在完成了立柱静态优化改进后,本文又介绍了立柱动态性能的求解方式,对模态分析有限元方程的建立也作了概述。由此结合有限元软件ANSYS对立柱各优化模型进行了模态分析,得到不同优化方案下立柱的各阶固有频率。通过与原立柱的各阶固有频率相比,寻找改进后立柱动态性能满足要求的模型,至此达到优化改进的目的。本文的动静态分析及结构优化改进的措施,为机床的设计和结构改进提供了参考价值。关键词:钻床立柱有限元静态分析优化设计结构改进模态分析 ANALYSIS AND STRUCTURE 0PTIMIZATl0N OF PILLAR INU-PRIGHT DRjLL PRES S ABSTRACT Based on theconclusion ofthe status ofthedevelopment C machine tools,and inview of thehigh cost of theuprignt drill,finite element software ANSYS carried out on staticand dynamic performance analysis oftheupright pillar,and then to ensure staticand dynamic properties ofitspremise,it has given some improvement measures inorder tocolumn fortheultimate goal of losing weight. Fristly,after the introduction ofthe finiteelement theory,according to structural characteristics ofdrillingmachine,the finiteelement model of the upright pillar was established by applying APDL language,the staticanalysis was performed afterthesimplify loads and constrains were enhance theanalysis ofefficiency,to ensure uracy oftheresults oftheanalysis,a variety ofways were used for analysis oftheresults, that was tobeeffectiveand accurate methods toload,in order tofollow the mod,el laidthefoundation forimpro