J75G-200閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀】

    本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)                畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)                                                     學(xué)  生  姓  名                                                                 專       業(yè)                                                 班       級                                                                                     指  導(dǎo)  教  師                                            完  成  日  期                                             廣陵 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前期工作材料    學(xué)生姓名：                 學(xué)號：                    系     部：                                         專     業(yè)：                                         設(shè)計(jì)（論文）題目：  J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)                                                           有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)                            指導(dǎo)老師：                                           材   料   目   錄  序號  名           稱  數(shù)量  備注  1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表  1  2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書  1  3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)習(xí)調(diào)研報(bào)告  1  4 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告（含文獻(xiàn)綜述）  1  5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯（含原文）  1  6 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表  1                                                          年    月  日    畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表  學(xué)  院   選  題  教  師  姓名   專  業(yè)     專業(yè)技術(shù) 職務(wù)   申報(bào)課題名稱  J75G-200 閉式高速壓力 機(jī) 結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)  課題性質(zhì)              課題來源  A B C D            課題簡介  本課題來源于江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司。 J75G-200 閉式高速壓力 機(jī)是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對 J75G-200 型壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。  本課題的目的 在于鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決工程中的實(shí)際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究以及資料、信息獲取和分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中使用計(jì)算機(jī)的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫論文的能力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。  通過本課題的研究，使學(xué)生能夠掌握有限元建模、邊界條件的確定、載荷模擬及結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變場的分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。  設(shè)計(jì)（論文）  要    求  （包括應(yīng)具備的條件）  技術(shù)要求：  (1) 要求校核 J75G-200 閉式高速壓力 機(jī)機(jī)身在承載條件下的剛度和強(qiáng)度；  (2) 要求在保證壓 力機(jī)強(qiáng)度和剛度的條件下對壓力機(jī)主要部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；  (3) 分析壓力機(jī)的模態(tài)，并對壓力機(jī)的工作狀況進(jìn)行評估。  具備條件 ：  (1) 機(jī)房提供學(xué)生完成課題所需計(jì)算機(jī)和有限元分析軟件 ANASY；  (2) 揚(yáng)州大學(xué)圖書館提供學(xué)生所需資料。  課題預(yù)計(jì)  工作量大小  大  適中  小  課題預(yù)計(jì)  難易程度  難  一般  易         所在專業(yè)審定意見：    負(fù)責(zé)人（簽名）：  年     月    日  院主管領(lǐng)導(dǎo)意見：                                              簽名：            年     月     日     畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書     系     部：                                            專     業(yè)：                                                              學(xué)生姓名：                  學(xué)號：                   畢業(yè)（論文）題目：   J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 結(jié)構(gòu)     有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)          起    迄   日   期：         設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)：                                指   導(dǎo)    老   師：                                                                  專  業(yè)  負(fù)  責(zé)   人：                                                                   發(fā)任務(wù)書日期：  年  月  日    畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書  1、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：  本課題來源于江蘇揚(yáng)力集 團(tuán)有限公司。 J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對 J75G-200 閉式高速壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。  本課題的目的在于鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決工程中的實(shí)際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究以及資料、信息獲取和分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中使用計(jì)算機(jī)的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫論文的能 力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。  通過本課題的研究，使學(xué)生能夠掌握有限元分析軟件，有限元建模、邊界條件的確定、載荷模擬及結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變場的分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。  2、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：  2.1 任務(wù)內(nèi)容  要求運(yùn)用有限元分析軟件 ANSYS 對 J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 進(jìn)行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機(jī)機(jī)身部件的強(qiáng)度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。模態(tài)分析可以 求出機(jī)身振動(dòng)的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對壓力機(jī)工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進(jìn)而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為壓力機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有：  （ 1）  對 J75G-200 型 壓力機(jī)機(jī)身 進(jìn)行三維實(shí)體建模 ；  （ 2）  了解 J75G-200 型 壓力機(jī) 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對其進(jìn)行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案；   （ 3）  劃分網(wǎng)格，進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機(jī)身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評價(jià)載荷對壓力機(jī)工作性能的影響；  （ 4）  對 機(jī)身 模型進(jìn)行 自由 模態(tài)分析，求解 機(jī)身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分 析其對工作狀況的影響。 （這項(xiàng)選做 ） ；  （ 5）  根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險(xiǎn)區(qū)域采取措施改善應(yīng)力狀況；在低應(yīng)力區(qū)域，改變相關(guān)尺寸變量，以達(dá)到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到獲取最佳方案。    2.2 原始條件及數(shù)據(jù)  該設(shè)備的主要參數(shù)如下 : 型         號 :  J75G-200；  公   稱  壓  力 :  2000KN；  滑塊行程：      30mm；  標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù) :  150450；  機(jī)身材料：底座 QT600-3，密度 37120 mkg ；  橫梁 HT300，密度 37300 mkg ；  其他數(shù)據(jù)（材料等）見圖紙。  2.3 技術(shù)要求  (4) 要求校核 J75G-200 型 壓力機(jī)在承載條件下的剛度和強(qiáng)度。  (5) 要求在保證壓力機(jī)強(qiáng)度和剛度的條件下對壓力機(jī)主要部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。  （ 3）   分析壓力機(jī)的模態(tài)，并對壓力機(jī)的工作狀況進(jìn)行評估。  2.4 工作要求  （ 1）  在深刻領(lǐng)會(huì)任務(wù)內(nèi)容及要求的基礎(chǔ)上，查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料。（ 20 篇以上，除了教師已列出的文獻(xiàn)），通過查閱文獻(xiàn)資料認(rèn)真研究原始材料，寫出開題報(bào)告；  （ 2）  進(jìn)行理論學(xué)習(xí)、上機(jī)操作、數(shù)據(jù)處理、分析總結(jié)、 整理資料，完成與任務(wù)書要求相應(yīng)的工作，并撰寫成畢業(yè)論文，獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)工作；  （ 3）  畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)說明書需符合規(guī)范化要求，即：由中外文題名、目錄、中外文摘要、引言（前言）、正文、結(jié)論、謝辭、參考文獻(xiàn)和附錄組成，中文摘要在 400漢字左右，外文摘要在 250 個(gè)實(shí)詞左右，中文題名字?jǐn)?shù)一般不超過 20個(gè)，設(shè)計(jì)說明書、論文或軟件說明書的總字?jǐn)?shù)在 1.52 萬漢字；  （ 4）  完成英譯中資料一份；  （ 5）  畢業(yè)設(shè)計(jì)必須按時(shí)按量在規(guī)定的地點(diǎn)認(rèn)真完成。           畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書  3、對本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文、  圖表、實(shí)物樣品等）：  （ 1） 完成實(shí)習(xí)調(diào)研報(bào)告一份；  （ 2） 完成開題報(bào)告一份；  （ 3） 完成按本任務(wù)書第二項(xiàng)內(nèi)容所述要求撰寫研究論文 一篇 ，篇幅不少于 2萬字；。  （ 4） 完成英譯中資料一份， 不少于 5000字符 。  4、主要參考文獻(xiàn)：  1 梁森 .開式數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)機(jī)身的有限元分析及優(yōu)化 D:碩士學(xué)位論文 . 山東：山   東工業(yè)大學(xué)機(jī)械系， 2001. 2 雷小寶 .新型數(shù)字化壓力機(jī)的研制 D： 碩士學(xué)位論文 .合肥：合肥工業(yè)大學(xué)， 2007. 3 張祖芳 .開式壓力機(jī)機(jī)身的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) D:碩士學(xué)位論文 .南京：東   南大學(xué)， 2004. 4 周平 .新型壓力機(jī)機(jī)身有限元分析及優(yōu)化 D:碩士學(xué)位論文 .南京：南京理工大學(xué)，2007. 5 江克斌 , 屠義強(qiáng) , 邵飛 .結(jié)構(gòu)分析有限元原理及 ANSYS 實(shí)現(xiàn) . 北京 : 國防工業(yè)出社 . 6 高耀東 , 郭嘉平 .ANSYS 機(jī)械工程應(yīng)用 25 例 . 7 劉茜，董正身，基于 ANSYS 的 C 型液壓機(jī)機(jī)身有限元分析，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 2006，1001-3997 8 劉強(qiáng)，付文智，李明哲 .三梁四柱式多點(diǎn)成形壓力機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì) .塑性工程學(xué)報(bào) .2003,10(5) 9 傅志方，華宏星 .模態(tài)分析理論與應(yīng) 用 .上海 :上海交通大學(xué)出版社 ,2000  10 張洪武有限元分析與 CAE 技術(shù)基礎(chǔ) M北京：清華大學(xué)出版社， 2004 11 傅永華有限元分析基礎(chǔ) M武漢：武漢大學(xué)出版社 ,2003 8  12 侯曉望 , 童水光 . 基于有限元分析的液壓機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 J. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào) , 2005, 4:   46-48 13 尚曉江 , 邱峰 .ANSYS 結(jié)構(gòu)有限元高級分析方法與范例應(yīng)用，北京 :中國水利水電出版社 ,2008 14 王文玷，田保杰   科技論文寫作與發(fā)表   北京：國防工業(yè)出版社 . 15 尚曉江等 . ANSYS 結(jié)構(gòu)有限元高級分析方法與范例應(yīng)用 .中 國水利水電出版社 .2006.1 16 章爭榮，孫友松等，開式數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)及其對剛度的影響，鍛壓機(jī)械，2001， 3 17 鐘志華，周彥偉 . 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 .武漢理工大學(xué)出版社 .2001.8. 18 雷小燕 .有限元法 .中國鐵道出版社 .2000.10 19 龔曙光 .ANSYS 基礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析 .機(jī)械工業(yè)出版社 .2003.1          畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書  5、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃  起止日期  工  作  內(nèi)  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：    收集閱讀與課題有關(guān)的中英文資料 15篇；  翻譯英文資料  ；  畢業(yè)實(shí)習(xí)，并完成實(shí)習(xí)報(bào)告；  調(diào)查研究、分析課題，提交開題報(bào)告；  有限元軟件（ ANSYS）操作練習(xí)；  對壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行有限元建模研究；  結(jié)構(gòu)分析，有限元計(jì)算，數(shù)據(jù)處理；  給出優(yōu)化方案及分析結(jié)果  。  撰寫畢業(yè)論文  。  對所做工作進(jìn)行總結(jié)、分析、做 PPT,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯   。   所在專業(yè)審核意見：     負(fù)責(zé)人：                 年      月      日   學(xué)院意見：        院長：    年    月    日     畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）開題報(bào)告        學(xué)  生  姓  名：                學(xué)號：                                                  專        業(yè)：                                                                      設(shè)計(jì)（論文）題目：       J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)                              有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)                          指  導(dǎo)  老  師：                                                                    年   月   日     畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告  1、 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：  文  獻(xiàn)  綜  述  1.1 國內(nèi)外高速壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r  機(jī)械 行業(yè) 是國民產(chǎn)業(yè)中極其重要的基礎(chǔ)行業(yè) 1。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對壓力機(jī)需求也越來越多，國內(nèi)國際市場競爭非常激烈。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械 行業(yè)正從以機(jī)器為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)代向著高速化、高精化和柔性化的信息時(shí)代發(fā)展，即利用當(dāng)代高科技信息來裝備傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè) 2。我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對 高速壓力機(jī) 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。本課題的研究主要是為了為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。本課題中的 J75G-200 閉式高速壓力機(jī)采用兩種有限元分析軟件 Ansys Workbench 10.0 和 Abaqus 對其剛度和強(qiáng)度分別進(jìn)行模擬分析 ,得出機(jī)身的應(yīng)力和變形的分布 ,為結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)提供了可靠的理 論依據(jù) 3。      高速壓力機(jī)的發(fā)展將近有 100 年的歷史。 1900 年德國的舒勒 (SCHULER)壓力機(jī)公司發(fā)明生產(chǎn)出世界第一臺自動(dòng)化壓力機(jī) 4。美國亨利特公司在  1910 年首創(chuàng)四柱底傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的高速壓力機(jī)，當(dāng)時(shí)稱為  dieing machine5。在  1955 年以前該機(jī)為高速壓力機(jī)的代表機(jī)型。以后隨著電機(jī)和電器工業(yè)的發(fā)展，各國紛紛研制高速壓力機(jī)。 1953 年德國舒勒公司生產(chǎn)出  1250kN 閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)，行程  20mm，行程次數(shù)達(dá)到  150rpm6。后來美國明斯特（ MINSTER）公司推 出的  Pulsar 系列超高速壓力機(jī)以及日本會(huì)田公司引進(jìn)瑞士布魯?shù)吕展炯夹g(shù)生產(chǎn) AIDA-BRUDERER 系列  BSTA 型高速壓力機(jī)和  PDAL 系列高速壓力機(jī)也均采用了上傳動(dòng)方式，不但提高了動(dòng)態(tài)精度，也在一定程度上減少了噪聲 78。 隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的革新，壓力機(jī)的品種越來越多，質(zhì)量越來越好，壓力越來越大，精度也越來越高。目前世界上能夠生產(chǎn)出一流壓力機(jī)的主要國家都是傳統(tǒng)的制造強(qiáng)國，其中以日本、美國和德國為主。現(xiàn)在和日本、德國并稱為世界三大高速壓力機(jī)生產(chǎn)基地 69。 世界上已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)生產(chǎn)出最 大壓下能力為 60000KN 的單動(dòng)壓力機(jī)、最大壓下能力為  32000KN 的雙刀壓力機(jī)以及最大壓下能力為 85000KN 的多工位壓力機(jī) 10。  國內(nèi)高速壓力機(jī)是上世紀(jì)  80 年代開始從國外引進(jìn)技術(shù)而發(fā)展起來的。目前，生產(chǎn)高速壓力機(jī)的主要廠家有上海第二鍛壓機(jī)床廠、廈門鍛壓機(jī)床有限公司、諸城鍛壓機(jī)床股份有限公司、寧波機(jī)床廠和江蘇揚(yáng)力集團(tuán)等。我國第一臺高速壓力機(jī)是在  1982 年由  濟(jì)南鑄鍛機(jī)械研究所和北京低壓電器廠共同研制的。該壓力機(jī)公稱力為  600KN，最高的速度可達(dá)到  400 次 /min。隨后又成功研制了公 稱力  300KN，最高速度  600 次 /min 的高速精密壓力機(jī)。跨入  21 世紀(jì)后，國內(nèi)企業(yè)中徐州鍛壓機(jī)床廠的高速?zèng)_床生產(chǎn)開始形成規(guī)模，先后研制成功了  JF75G 系列閉式高速壓力機(jī)和  V H45 開式高速精密沖床，其沖壓速度分別達(dá)到  600 次 /min 和  1200 次 /min11。目前，由于國內(nèi)材料技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)存在差距，國內(nèi)高速壓力機(jī)的發(fā)展也受到了相應(yīng)的制約。其中差距主要表現(xiàn)在高速壓力機(jī)的可靠性和加工精度上，在高精度的加工領(lǐng)域內(nèi)缺乏競爭力；國內(nèi)的自動(dòng)控制與補(bǔ)償技術(shù)還未較好的應(yīng)用 于高速壓力機(jī)中，使國內(nèi)產(chǎn)品精度相對先進(jìn)技術(shù)較低；由于國內(nèi)高速壓力機(jī)產(chǎn)品主要通過引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)和自我研發(fā)較少，故而國內(nèi)壓力機(jī)品種和規(guī)格較為單一 121314。      1.2 有限元的發(fā)展與現(xiàn)狀      有限元的的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，就是將實(shí)際結(jié)構(gòu)假象的離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體。實(shí)際結(jié)構(gòu)的物理性能可以通過對離散體進(jìn)行分析，得出滿足工程進(jìn)度的近似結(jié)果來替代對實(shí)際結(jié)構(gòu)的分析，這樣可以解決很多實(shí)際工程需要解決而理論分析又無法解決的復(fù)雜問題。有限元的創(chuàng)立與科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)界需求相關(guān)。 1953 年， Ray W.Clough 在波音公司分析三角形機(jī)翼振動(dòng)時(shí)，將機(jī)翼分成很多片小三角形板，計(jì)算的機(jī)翼結(jié)構(gòu)撓度與小比例模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合是有限元的雛形。 1955 年， John H. Argyris 提出矩形單元。 1956 年，第一篇有限元文章發(fā)表，正式拉開了有限元發(fā)展的歷史 15。自從  1965 年 “有限元 ”這個(gè)名詞第一次出現(xiàn)，到今天有限元方法在工程上得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)經(jīng)歷了四十年的發(fā)展歷史，理論和算法都已經(jīng)日趨完善。近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和計(jì)算速度的不斷提高，有限元分析在工程設(shè)計(jì)和分析中得到了越來越廣泛的重視， 已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分析計(jì)算問題的有效途徑，現(xiàn)在從汽車到航天飛機(jī)幾乎所有的設(shè)計(jì)制造都已離不開有限元分析計(jì)算，其在機(jī)械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源、科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用已使設(shè)計(jì)水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。主要表現(xiàn)如下幾方面：增加產(chǎn)品和工程的可靠性；在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)潛在的問題；經(jīng)過分析計(jì)算，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低原材料成本；縮短產(chǎn)品投向市場的時(shí)間；模擬試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)次數(shù)，從而減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)161718。  隨著電子計(jì)算機(jī)速度、容量的提高 ,商品化有限元程序越來越廣泛地被人們所接受 ,人們不必再在編寫程序上花費(fèi)大量的精力。不僅如此 ,商品化有限元程序的發(fā)展 ,還使用戶能夠擺脫手工網(wǎng)格劃分、逐點(diǎn)輸入結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和單元聯(lián)接信息 ,而且通過屏幕菜單方式 ,得到了良好的人機(jī)對話環(huán)境和在計(jì)算結(jié)果分析上鮮明的視覺效果。目前的商品化有限元程序一般分為 3個(gè)部分 ,即前處理部分、處理部分和后處理部分。它們通過互交式計(jì)算機(jī)圖形集中到 CAD /CAM系統(tǒng) 19。    有限元方法的一些發(fā)展趨勢 20： （ 1） 與  CAD 軟件的無縫集成  （ 2） 更強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力  （ 3） 由求解線性問題發(fā) 展到求解非線性問題  （ 4） 由單一結(jié)構(gòu)場求解發(fā)展到耦合場問題求解  （ 5） 程序面向用戶具有開放性  1.3 ANSYS 軟件簡介      ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國 ANSYS 開發(fā)。 它能與多數(shù)CAD 軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I DEAS, AutoCAD 等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級 CAD 工具之一。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊 。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工 程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如 PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY 等。    參考文獻(xiàn)  20 朱森第 .我國裝備制造業(yè)的發(fā)展和提升 R.開發(fā)研究 ， 2009(1)： 6-11 21 肖燕 .信息化為現(xiàn)代制造業(yè)驅(qū)動(dòng)未來 J.世界制造技術(shù)與裝備市場 ， 2011(2)： 99-104 22 張益鋒 ， 夏亮 ， 詹俊勇 .J75G-200 型閉式高速精密壓力機(jī)機(jī)身分析 J.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) ， 2011， 11(1) 23 張進(jìn) .多連桿機(jī)械式壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)分析研究 D.合肥 ：合肥工業(yè)大學(xué)， 2012 24 劉運(yùn)璽 .HD-200 高速壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真及其機(jī)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化 D.山東 ： 山東大學(xué)， 2013 25 張益鋒 ， 夏亮 ， 詹俊勇 .J75G-200 型閉式高速精密壓力機(jī)機(jī)身分析 J.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) ， 2011， 11(1) 26 陳正中 .高速精密壓力機(jī)特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢 J.鍛壓機(jī)械， 1998， 32(5)： 8-9 27 張寶瑋 .中國鍛壓技術(shù)及裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展 J.機(jī)械工人（熱加工） ， 2003， 53(4)： 41-43 28 蔣舒 .高速精密壓力機(jī)精度分析與試驗(yàn)研究 .D.江蘇 ： 東南大學(xué) ， 2010 29 周曉平 .板沖壓力機(jī)及其自動(dòng)沖壓線 J.一重技術(shù) ， 1993(4)： 69-74 30 管培鵬 .高速壓力機(jī)多體動(dòng)力學(xué)研究及仿真 D.南京：南京航空航天大學(xué)， 2012   31 王磊 .高速壓力機(jī)的精度分析與研究 .D.江蘇 ： 東南大學(xué) ， 2007 32 黃才元 ， 宋志強(qiáng) .中國鍛壓機(jī)床的現(xiàn)在和未來 J.鍛壓裝備與制造技術(shù) .2006， 2， 12-17 33 趙升噸 ， 張學(xué)來 ， 高長宇等 .高速壓力機(jī)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 J.鍛壓設(shè)備與制造技術(shù)， 2005， (1). 34 王華瑜，初克建 .土木工程有限元程序現(xiàn)狀與發(fā)展 R.山東：山東省龍口市金泰規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限 公司；北京天圓泰工程造價(jià)咨詢有限公司， 2011 35 傅永華 .有限元分析基礎(chǔ) M.武漢 ： 武漢大學(xué)出版社 ， 2003.8 36 李人憲 .有限元法基礎(chǔ) M.北京 ： 國防工業(yè)出版社 ， 2002.5 37 楊先海 ， 褚金奎 ， 尹明富等 .有限元數(shù)值模擬技術(shù)及工程應(yīng)用 J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 ，2003(3)： 107-108 38 張晉紅 ， 吳風(fēng)林 .有限元法及其應(yīng)用現(xiàn)狀 D.山西：太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 ， 2003 39 蔣晨 .基于有限元技術(shù)的板材加工機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析 D.南京：東南大學(xué)， 2005                        畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）開題報(bào)告  2、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：  2.1 課題的來源  本課題來源于江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司。 J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對 J75G-200 閉式高速壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ， 為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。  2.2 課題分析（研究或解決的問題）      運(yùn)用有限元分析軟件 ANSYS 對 J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 進(jìn)行有結(jié) 構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機(jī)機(jī)身部件的強(qiáng)度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。模態(tài)分析可以求出機(jī)身振動(dòng)的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對壓力機(jī)工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進(jìn)而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為壓力機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。主要任務(wù)以及要解決的問題是：  （ 1） 對 J75G-200 型壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行三維實(shí)體建模；  （ 2） 了解 J75G-200 型壓力機(jī)工作性質(zhì)和工作狀態(tài)；對其進(jìn)行工作載荷分析，確定 邊界條件及加載方案 ；  （ 3） 劃分網(wǎng)格，進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機(jī)身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律，評價(jià)載荷對壓力機(jī)工作性能的影響；  （ 4） 對機(jī)身模型進(jìn)行自由模態(tài)分析，求解機(jī)身固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對工作狀況的影響 ；  （ 5） 根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險(xiǎn)區(qū)域采取措施改善應(yīng)力狀況；在低應(yīng)力區(qū)域，改變相關(guān)尺寸變量，以達(dá)到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到獲取最佳方案。  2.3 方案定制             （ 1）  先熟悉和了解 Solidwords 軟件和 ANSYS 軟件；  （ 2）  在 Solidwords 里畫出 J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 的三維模型；  （ 3）  將高速壓力機(jī)的模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件；  （ 4）  添加材料特性：機(jī)底是 QT600-3，密度 =7120 /m3； 橫梁 HT300， 密度 =7300 /m3 （ 5）  對單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，遵循 “ 均勻應(yīng)力區(qū)粗劃，應(yīng)力梯度大的區(qū)域細(xì)劃 ” 原則 ；  （ 6）  對模型選擇自由端和固定端，并添加約束條件；    （ 7）  對壓力機(jī)進(jìn)行加載：設(shè)備在工作時(shí)承受兩個(gè)相反方向的載荷，機(jī)身所受載荷簡化為對機(jī)身的兩個(gè)方向的均布載荷；  （ 8）  對壓力機(jī)進(jìn)行應(yīng)力場分析；  （ 9）  分析壓力機(jī)在加載情況下機(jī)身變形情況以及應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律；  （ 10） 對機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析優(yōu)化，評價(jià)載荷對壓力機(jī)工作性能的影響，從而選擇合適的機(jī)身尺寸和材料厚度，盡量減輕機(jī)身的重量；  （ 11） 對壓力機(jī)進(jìn)行自由模態(tài)分析，得到機(jī)身結(jié)構(gòu)的固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對工作的狀況的影響；  （ 12） 通過分析結(jié)果，改善應(yīng)力狀況和改變相關(guān)尺寸變量，以減輕總體質(zhì)量，然后進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)剛度和強(qiáng)度，依次重復(fù)以上步驟，直至取得最佳方案。                           方案定制框圖                                   課題分析對所做工作進(jìn)行總結(jié)、分析、做 PPT,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯   。  尋找相關(guān)資料，如文獻(xiàn)，圖紙尺寸等  進(jìn)行三維建模  用 solidworks 根據(jù)壓力機(jī)的尺寸畫出三維模型  將三維模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件   先了解 ANSYS 軟件的基本操作   添加材料特性    材料特性：底座是 QT600-3,密度 =7120 /m3 ；橫梁 HT300，密度 =7300 /m3 ；   網(wǎng)絡(luò)劃分  設(shè)置好網(wǎng)絡(luò)參數(shù)  添加約束  選擇固定約束，選擇固定端和自由端  添加載荷  求得機(jī)身應(yīng)力及應(yīng)變的分布規(guī)律   進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析   得出機(jī)身固有頻率及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)   進(jìn)行模態(tài)分析  得出最佳方案  剛度和強(qiáng)度是否達(dá)要求   Y 改善應(yīng)力狀況和改變機(jī)身尺寸   N   2.4 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)劃  起止日期  工  作  內(nèi)  容  第 1 -2 周  收集閱讀與課題有關(guān)的中英文資料 15 篇；  翻譯英文資料  ；  第 3 -4 周  畢業(yè)實(shí)習(xí)，并完成實(shí)習(xí)報(bào)告；  第 5 -7 周  調(diào)查研究、分析課題，提交開題報(bào)告；  第 8 -10 周  有限元軟件（ ANSYS）操作練習(xí)；  對壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行 有限元建模研究；  結(jié)構(gòu)分析，有限元計(jì)算，數(shù)據(jù)處理；  第 11 12 周  給出優(yōu)化方案及分析結(jié)果 ；  撰寫畢業(yè)論文 ；  第 13 - 15 周  對所做工作進(jìn)行總結(jié)、分析、做 PPT,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 ；                   畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告    指導(dǎo)教師意見 ：  1、對“文獻(xiàn)綜述”的評語：      2、對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果  的預(yù)測：     指導(dǎo)老師：                           年    月    日  所在專業(yè)審查意見：    負(fù)責(zé)人：                                                   年     月     日  畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表    學(xué)生姓名   學(xué)號   指導(dǎo)教師    選題情況   課題名稱    J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu) 有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)  難易程度  偏難   適中    偏易   工  作  量  較大   合理    較小   符合規(guī)范化  的要求  任務(wù)書  有    無   開題報(bào)告  有    無   外文翻譯質(zhì)量  優(yōu)   良    中   差   學(xué)習(xí)態(tài)度  出勤情況  好        一般    差   工作 進(jìn)度  快   按計(jì)劃進(jìn)行        慢   中期工作匯報(bào)及解答問題情況   優(yōu)       良       中       差      中期成績評定：  所在專業(yè)意見：                                                                 負(fù)責(zé)人                 年       月        日   實(shí)習(xí) 調(diào)研 報(bào)告  -楊力集團(tuán)參觀實(shí)習(xí)報(bào)告    2014 年 4 月 9 日下午 2 點(diǎn)，老師組織我們參觀實(shí)習(xí)，這是我們機(jī)械制造專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分，并 作為一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目列入畢業(yè)設(shè)計(jì)的安排中。其目的在于通過實(shí)習(xí)使學(xué)生獲得基本生產(chǎn)的感性知識，理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識面；同時(shí)專業(yè)實(shí)習(xí)又是鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生業(yè)務(wù)能力及素質(zhì)的重要渠道，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生具有創(chuàng)新的精神，拓展我們的發(fā)散性思維，也是學(xué)生接觸社會(huì)的一個(gè)重要途徑，體驗(yàn)企業(yè)工作的內(nèi)容和方法。這些實(shí)際知識，對我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中起著十分有意義的作用。同時(shí)對我們以后在工作崗位上是從事技術(shù)方面的工作還是管理方面的工作，都將有很大的幫助。帶著激動(dòng)而興奮的心情，我們來到了目的地進(jìn)行參觀。  在研究生的帶領(lǐng)下，我們參觀了揚(yáng)州楊力集團(tuán) 。楊力集團(tuán)有限公司 始創(chuàng) 1966年，總部坐落于長三角沿江工業(yè)走廊核心區(qū)域的揚(yáng)州市邗江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)?，F(xiàn)有員工 6000余人，占地面積 1600 畝，注冊資本 1億元，資產(chǎn)總額 22億元。集團(tuán)下轄揚(yáng)力重機(jī)、揚(yáng)力數(shù)控、揚(yáng)力精機(jī)、揚(yáng)力液壓、揚(yáng)力機(jī)床等五家全資或控股企業(yè)。憑借得天獨(dú)厚的區(qū)域環(huán)境和自身優(yōu)勢，揚(yáng)力集團(tuán)以 46年的光輝歷程，創(chuàng)造了我國鍛壓機(jī)床發(fā)展史上一個(gè)又一個(gè)奇跡，先后榮獲“國家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)”、“中國鍛壓機(jī)床排頭兵”、“中國機(jī)械企業(yè) 500 強(qiáng)”、“全國五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”等榮譽(yù)和稱號。 2008 年，揚(yáng)力商標(biāo)被國家工商總局正式認(rèn)定 為“中國馳名商標(biāo)”。  此次，我們主要參觀了壓力機(jī)生產(chǎn)車間，通過公司負(fù)責(zé)人的介紹，我了解了楊力集團(tuán)長期致力于壓力機(jī)的開發(fā)與研究。主要產(chǎn)品有 J75G系列閉式雙電高速精密壓力機(jī) ； SHC 系列三圓導(dǎo)柱高速精密壓力機(jī)  ； P2H 系列閉式雙點(diǎn)高速精密壓力機(jī)等。并且介紹了壓力機(jī)的工作原理，和受力情況。 長期以來，揚(yáng)力集團(tuán)致力于沖、剪、折、激光等各類中高端金屬板材設(shè)備的開發(fā)研制，實(shí)施以“品牌、品質(zhì)、品位”為一體的“三品”戰(zhàn)略，打造技術(shù)一流的職工團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)造國內(nèi)領(lǐng)先的產(chǎn)品品牌，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、汽車、家電、五金、造幣等生產(chǎn)領(lǐng)域，并 遠(yuǎn)銷歐美、東南亞等幾十個(gè)國家和地區(qū)。 隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化步伐的加快，今天的揚(yáng)力人正將目光聚焦世界，不惜重金引進(jìn)技術(shù)、引進(jìn)人才、擴(kuò)大投入，瞄準(zhǔn)國際一流水平，加大產(chǎn)品與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，努力實(shí)施從 “ 數(shù)量擴(kuò)張型 ” 到 “ 技術(shù)創(chuàng)新型 ” 、 “ 質(zhì)量增長型 ” 和 “ 服務(wù)推進(jìn)型 ” 轉(zhuǎn)變，以 “ 務(wù)實(shí)、創(chuàng)新、卓越 ” 的精神風(fēng)范和 “ 創(chuàng)新轉(zhuǎn)型、揚(yáng)力快行 ”的發(fā)展思路投身 “ 十二五 ” 高端制造的浪潮之中，向著百億企業(yè)、百年揚(yáng)力的目標(biāo)昂然邁進(jìn)。      總結(jié)這次參觀的感想，我學(xué)習(xí)了不少機(jī)械領(lǐng)域以往所不知道的知識，了解了我們國家機(jī)械現(xiàn)狀和最新進(jìn)展情況，還對機(jī)械 領(lǐng)域的人才需求有了較為系統(tǒng)的了解。也是對以前所學(xué)知識的一個(gè)初審，從這次參觀中，讓我深刻的體會(huì)到了，自身知識的缺乏，和對現(xiàn)代工業(yè)的無知，對于先進(jìn)技術(shù)的不了解，跟不上社會(huì)發(fā)展的步子，自己仍然停留在“原始社會(huì)”。現(xiàn)代高科技化的生產(chǎn)運(yùn)作，已經(jīng)是隨處可見，然而我  們卻從來沒有真正的體驗(yàn)過。從這次的經(jīng)歷中，讓我明白了只有實(shí)踐才能讓我們提高，學(xué)習(xí)書本的知識，是為了在實(shí)踐中運(yùn)用，在從中體會(huì)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高自身技能和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。我必須加強(qiáng)專業(yè)知識和實(shí)踐的結(jié)合，以使自己將來進(jìn)入公司能盡快的適應(yīng)公司，適應(yīng)社會(huì)。為整個(gè)機(jī)械行業(yè)，為整個(gè)社 會(huì)做出自己的一份貢獻(xiàn)。為未來做好充分的準(zhǔn)備，才能立足于這個(gè)競爭激勵(lì)的社會(huì)！               I  中文摘要  有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等 CAE 技術(shù)的應(yīng)用，對于縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，增強(qiáng)企業(yè)競爭力具有重要意義。本論文以壓力機(jī)機(jī)身為研究對象，利用有限元分析軟件 ANSYS 作為分析工具，進(jìn)行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及模態(tài)分析。    首先， 采用四面體實(shí)體單元建立機(jī)身的三維有限元模型，對壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，確定其載荷分布和約束，分析計(jì)算有限元模型，得到機(jī)身的應(yīng)力與應(yīng)變分布規(guī)律。校 核機(jī)身部件的強(qiáng)度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) ,通過較傳統(tǒng)的人工優(yōu)化找出了比較合理的結(jié)構(gòu)，用加厚材料來矯正變形量過大的問題，用去除受力或變形小區(qū)域的材料來減輕質(zhì)量等。  其次， 運(yùn)用 ANSYS Workbench 進(jìn)行模態(tài)分析，分析其固有頻率以及對應(yīng)的振型。了解該壓力機(jī)的模態(tài)特征和動(dòng)態(tài)特征，為結(jié)構(gòu)的 動(dòng)態(tài) 設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了理論依據(jù)和基礎(chǔ) 。  最后 ， 對論文的研究內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)和展望。   關(guān)鍵詞：壓力機(jī)，有限元分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，模態(tài)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    目錄  中文摘要  . I Abstract . II 第一章  緒論  . 1 1.1 國內(nèi)外壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r  . 1 1.1.1 國外壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r  . 1 1.1.2 國內(nèi)壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r  . 1 1.2 有限元分析方法  . 2 1.2.1 有限元理論  . 2 1.2.2 有限元分析軟件的簡介  . 3 1.2.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有限元運(yùn)用  . 4 1.3 課題來源及選題的目的和意義  . 4 1.3.1 課題來源  . 4 1.3.2 選題的目的和意 義  . 4 1.3.3 課題研究的內(nèi)容和解決的問題  . 5 第二章  壓力機(jī)機(jī)身的靜態(tài)分析  . 7 2.1 機(jī)身簡介  . 7 2.2.1 單元類型的選擇  . 8 2.2.2 網(wǎng)絡(luò)的劃分  . 9 2.2.3 邊界條件的施加  . 10 2.2.4 材料特性  . 11 2.3 計(jì)算結(jié)果分析  . 11 2.3.1 應(yīng)力和變形要求  . 11 2.3.2 應(yīng)力和變形圖形顯示  . 12 2.3.3 應(yīng)力分析  . 15 2.3.4 變形分析  . 15    IV 2.4  本章小結(jié)  . 15 第三章  機(jī)身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)  . 16 3.1 優(yōu)化分析  . 16 3.2 優(yōu)化方案一  . 16 3.3 優(yōu)化方案二  . 18 3.4 優(yōu)化方案三  . 20 3.5 優(yōu)化方案四  . 22 3.6 選擇最佳方案  . 24 3.7 本章小結(jié)  . 25 第四章  機(jī)身的模態(tài)分析  . 26 4.1 模態(tài)分析概述  . 26 4.1.1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)  . 26 4.1.2 模態(tài)分析原理  . 26 4.2 對機(jī)身進(jìn)行模態(tài)分析  . 27 4.2.1 自由模態(tài)分析  . 27 4.2.2 自由模態(tài)描述  . 31 4.2.3 約束模態(tài)分析  . 31 4.2.4 約束模態(tài)描述  . 35 4.3 本章小結(jié)  . 36 第五章  結(jié)論和展望  . 37 5.1 結(jié)論  . 37 5.2 展望  . 37 致謝  . 39 參考文獻(xiàn)  . 40     J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    1  第一章  緒論  1.1 國內(nèi)外壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r  機(jī)械行業(yè)是國民產(chǎn)業(yè)中極其 重要的基礎(chǔ)行業(yè) 1。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對壓力機(jī)需求也越來越多，國內(nèi)國際市場競爭非常激烈。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械行業(yè)正從以機(jī)器為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)代向著高速化、高精化和柔性化的信息時(shí)代發(fā)展，即利用當(dāng)代高科技信息來裝備傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè) 2。我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對 高速壓力機(jī) 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。 來 提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。  1.1.1 國外壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r  高速壓力機(jī)的發(fā)展將近有 100 年的歷史。 1900 年德國的 舒勒 (SCHULER)壓力機(jī)公司發(fā)明生產(chǎn)出世界第一臺自動(dòng)化壓力機(jī) 3。美國亨利特公司在  1910 年首創(chuàng)四柱底傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的高速壓力機(jī)，當(dāng)時(shí)稱為  dieing machine4。在  1955 年以前該機(jī)為高速壓力機(jī)的代表機(jī)型。以后隨著電機(jī)和電器工業(yè)的發(fā)展，各國紛紛研制高速壓力機(jī)。 1953 年德國舒勒公司生產(chǎn)出  1250kN 閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)，行程  20mm，行程次數(shù)達(dá)到  150rpm5。后來美國明斯特（ MINSTER）公司推出的  Pulsar 系列超高速壓力機(jī)以及日本會(huì)田公司引進(jìn)瑞士布魯?shù)吕展炯夹g(shù)生產(chǎn) AIDA-BRUDERER 系列  BSTA 型高速壓力機(jī)和  PDAL 系列高速壓力機(jī)也均采用了上傳動(dòng)方式，不但提高了動(dòng)態(tài)精度，也在一定程度上減少了噪聲 6-7。隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的革新，壓力機(jī)的品種越來越多，質(zhì)量越來越好，壓力越來越大，精度也越來越高。目前世界上能夠生產(chǎn)出一流壓力機(jī)的主要國家都是傳統(tǒng)的制造強(qiáng)國，其中以日本、美國和德國為主?，F(xiàn)在和日本、德國并稱為世界三大高速壓力機(jī)生產(chǎn)基地 58。世界上已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)生產(chǎn)出最大壓下能力為 60000KN 的單動(dòng)壓力機(jī)、最大壓下能力為  32000KN 的雙刀壓 力機(jī)以及最大壓下能力為 85000KN 的多工位壓力機(jī) 9。  1.1.2 國內(nèi)壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r  國內(nèi)高速壓力機(jī)是上世紀(jì)  80 年代開始從國外引進(jìn)技術(shù)而發(fā)展起來的。目前，生產(chǎn)高速壓力機(jī)的主要廠家有上海第二鍛壓機(jī)床廠、廈門鍛壓機(jī)床有限公司、諸城 J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    2 鍛壓機(jī)床股份有限公司、寧波機(jī)床廠和江蘇揚(yáng)力集團(tuán)等。我國第一臺高速壓力機(jī)是在  1982 年由濟(jì)南鑄鍛機(jī)械研究所和北京低壓電器廠共同研制的。該壓力機(jī)公稱力為  600KN，最高的速度可達(dá)到  400 次 /min。隨后又成功研制了公稱力  300KN，最高速度  600 次 /min 的高速 精密壓力機(jī)。跨入  21 世紀(jì)后，國內(nèi)企業(yè)中徐州鍛壓機(jī)床廠的高速?zèng)_床生產(chǎn)開始形成規(guī)模，先后研制成功了  JF75G 系列閉式高速壓力機(jī)和  V H45 開式高速精密沖床，其沖壓速度分別達(dá)到  600 次 /min 和  1200 次 /min10。目前，由于國內(nèi)材料技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)存在差距，國內(nèi)高速壓力機(jī)的發(fā)展也受到了相應(yīng)的制約。其中差距主要表現(xiàn)在高速壓力機(jī)的可靠性和加工精度上，在高精度的加工領(lǐng)域內(nèi)缺乏競爭力；國內(nèi)的自動(dòng)控制與補(bǔ)償技術(shù)還未較好的應(yīng)用于高速壓力機(jī)中，使國內(nèi)產(chǎn)品精度相對先進(jìn)技術(shù)較低；由于國 內(nèi)高速壓力機(jī)產(chǎn)品主要通過引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)和自我研發(fā)較少，故而國內(nèi)壓力機(jī)品種和規(guī)格較為單一 11-13。  1.2 有限元 分析方法  1.2.1 有限元理論  有限元的的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，就是將實(shí)際結(jié)構(gòu)假象的離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體。實(shí)際結(jié)構(gòu)的物理性能可以通過對離散體進(jìn)行分析，得出滿足工程進(jìn)度的近似結(jié)果來替代對實(shí)際結(jié)構(gòu)的分析，這樣可以解決很多實(shí)際工程需要解決而理論分析又無法解決的復(fù)雜問題。有限元的創(chuàng)立與科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)界需求相關(guān)。1953 年， Ray W.Clough 在波音公司分析三角形機(jī)翼振動(dòng)時(shí)，將機(jī)翼 分成很多片小三角形板，計(jì)算的機(jī)翼結(jié)構(gòu)撓度與小比例模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合是有限元的雛形。 1955 年， John H. Argyris 提出矩形單元。 1956 年，第一篇有限元文章發(fā)表，正式拉開了有限元發(fā)展的歷史 14。自從  1965 年 “有限元 ”這個(gè)名詞第一次出現(xiàn)，到今天有限元方法在工程上得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)經(jīng)歷了四十年的發(fā)展歷史，理論和算法都已經(jīng)日趨完善。近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和計(jì)算速度的不斷提高，有限元分析在工程設(shè)計(jì)和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分析計(jì)算問題的有效途徑，現(xiàn)在從汽車到航 天飛機(jī)幾乎所有的設(shè)計(jì)制造都已離不開有限元分析計(jì)算，其在機(jī)械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源、科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用已使設(shè)計(jì)水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。主要表現(xiàn)如下幾方面：增加產(chǎn)品和工程的可靠性；在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)潛 J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    3 在的問題；經(jīng)過分析計(jì)算，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低原材料成本；縮短產(chǎn)品投向市場的時(shí)間；模擬試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)次數(shù)，從而減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi) 15-17。  1.2.2 有限元分析 軟件的 簡介      ANSYS 是目前國際上著名的有限元軟件之一，該軟件是集結(jié)構(gòu)、 熱、流體、電磁場、聲場和藕合場分析于一體。 ANSYS 廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空航天、能源、交通運(yùn)輸、土木建筑、水利、電子、地礦、生物醫(yī)學(xué)、教學(xué)研究等眾多領(lǐng)域。      ANSYS 作為一個(gè)功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的有限元分析軟件，其技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 :     1） 數(shù)據(jù)統(tǒng)一。 ANSYS 使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫來存儲模型數(shù)據(jù)及求解結(jié)果，實(shí)現(xiàn)前后處理、分析求解及多場分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。      2） 強(qiáng)大的建模能力。 ANSYS 具備三維建模能力，僅靠 ANSYA 的 GUI(圖形界面 )就可建立各種復(fù)雜的幾何模型。      3） 強(qiáng)大的求 解功能。 ANSYS 提供了數(shù)種求解器，用戶可根據(jù)分析要求選擇合適的求解器。      4） 強(qiáng)大的非線性功能。 ANSYS 可以進(jìn)行幾何非線性、材料非線性及狀態(tài)非線性分析。      5） 智能網(wǎng)格劃分。 ANSYS 可根據(jù)模型的特點(diǎn)自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格。      6） 良好的優(yōu)化功能。利用 ANSYS 的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，用戶可以確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案：利用 ANSYS 的拓?fù)鋬?yōu)化功能，用戶可以對模型進(jìn)行外型優(yōu)化，尋求物體對材料的最佳利用。      7） 可實(shí)現(xiàn)多場藕合功能。 ANSYS 可以研究各物理場間的相互影響。      8） 提供與其他程序接口 。 ANSYS 提供了與多數(shù) CAD 軟件及有限元分析軟件的接口程序 ,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換。      9） 良好的用戶開發(fā)環(huán)境。 ANSYS 開放式的結(jié)構(gòu)使用戶可以利用 APDL、 UIDL和 UPFS 對其進(jìn)行二次開發(fā)。      結(jié)構(gòu)分析是 ANSYS 功能之一，其中包括：靜力分析 (用于分析結(jié)構(gòu)的靜態(tài)行為，可以考慮結(jié)構(gòu)的線性及非線性特性 )；模態(tài)分析 (計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振型 )；譜分析 (是模態(tài)分析的擴(kuò)展 ,用于計(jì)算由于隨機(jī)振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變 )；協(xié)響應(yīng) J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    4 分析 (確定線性結(jié)構(gòu)對隨時(shí)間按正弦曲線變化的載荷的響應(yīng) )；瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 (確定結(jié)構(gòu)對隨時(shí)間任意變化的載荷的響應(yīng)，可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線性特性 )；特征屈曲分析 (用于計(jì)算線性屈曲荷載，并確定屈曲模態(tài)形狀 )；專項(xiàng)分析 (斷裂分析，復(fù)合材料分析，疲勞分析 )等。  1.2.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有限元運(yùn)用  優(yōu)化設(shè)計(jì)越來越多地應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠使零部件的的力學(xué)性能得到改善，并獲得理想的結(jié)構(gòu)布局和尺寸大小。結(jié)構(gòu)優(yōu)化是指在預(yù)定目標(biāo)和一組給定幾何和行為約束的范圍內(nèi)，尋求滿足條件的最優(yōu)解。機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法一般可節(jié)省材料 7% 40%，因此優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)越來越受到人們的重視。  機(jī)身是機(jī)床中結(jié)構(gòu)和受力比較復(fù)雜的部件，機(jī)身有限元分析的目的在于提高其承受能力和抗變形能力、減輕其自身重量并節(jié)省材料。另外，就整個(gè)機(jī)構(gòu)而言，當(dāng)機(jī)身重量減輕后，整個(gè)機(jī)床重量也隨之降低，從而改善整個(gè)機(jī)床的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等性能。  安全、節(jié)能和環(huán)保是機(jī)床面臨的三大熱點(diǎn)問題，如何提高整個(gè)機(jī)床的加工精度是機(jī)床穩(wěn)定性中需要解決的問題之一。利用有限元法進(jìn)行機(jī)床加工過程的模擬計(jì)算，涉及到大變形等非線性問題，不同于一般的有限元分析。由于模擬計(jì)算可以節(jié)省昂貴的實(shí)體實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，且在設(shè)計(jì) 階段模擬分析是唯一的分析手段，國內(nèi)、外機(jī)床公司普遍采用這一方法。  1.3 課題來源及選題的目的和意義  1.3.1 課題來源  本課題來源于江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司。 J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。運(yùn)用有限元分析技術(shù)對 J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究，為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。  1.3.2 選題的目的和意義  近年來 ， 由于我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展 ， 各行各業(yè)對壓力機(jī)特別是新 型壓力機(jī)的需求越來越多 ， 國內(nèi)國際市場競爭非常激烈。世界許多壓力機(jī)生產(chǎn)廠家都把精力 J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    5 集中在開發(fā)高速度、高精度的壓力機(jī)上。我國目前對壓力機(jī)機(jī)身的設(shè)計(jì)長期以來還沿用經(jīng)驗(yàn)、類比的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 ， 設(shè)計(jì)出的床身不僅性能差 ,結(jié)構(gòu)笨重 ， 速度、精度提不高 ， 而且設(shè)計(jì)周期長 ， 制造成本高 ， 更新?lián)Q代慢 ， 這些問題使得國產(chǎn)壓力機(jī)在高檔次壓力機(jī)領(lǐng)域內(nèi)無法與國外壓力機(jī)相抗衡。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)床分析技術(shù)的結(jié)合 ， 要求我們引入現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念與手段 ， 利用有限元法進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特征的計(jì)算 ， 對新型壓力機(jī)機(jī)身作全面的分析優(yōu)化。同時(shí) ， 對壓力機(jī)的優(yōu)化方 法進(jìn)行探索 ， 實(shí)現(xiàn)真正意義上的設(shè)計(jì) 。  1.3.3 課題研究的內(nèi)容和解決的問題  1）主要內(nèi)容  要求運(yùn)用有限元分析軟件 ANSYS 對 J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 進(jìn)行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機(jī)機(jī)身部件的強(qiáng)度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。模態(tài)分析可以求出機(jī)身振動(dòng)的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對壓力機(jī)工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進(jìn)而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為壓力機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。  2）技術(shù)要求  （ 1）   要求校核 J75G-200 型 壓力機(jī)在承載條件下的剛度和強(qiáng)度。  （ 2）   要求在保證液壓機(jī)強(qiáng)度和剛度的條件下對液壓機(jī)主要部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。  （ 3）   分析液壓機(jī)的模態(tài)，并對液壓機(jī)的工作狀況進(jìn)行評估。  3）方案定制  （ 1）   先熟悉和了解 Solidwords 軟件和 ANSYS 軟件；  （ 2）   在 Solidwords 里畫出 J75G-200 閉式高速壓力機(jī) 的三維模型；  （ 3）   將高速壓力機(jī)的模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件；  （ 4）  添加材料特性 ： 機(jī)底是 QT600-3，密度 =7120kg/m3；橫梁 HT300，密度=7300kg/m3；  （ 5）   對單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，遵循 “ 均勻應(yīng)力區(qū)粗劃，應(yīng)力梯度大的區(qū)域細(xì)劃 ” 原則；  （ 6）   對模型選擇自由端和固定端，并添加約束條件；   J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    6 （ 7）   對壓力機(jī)進(jìn)行加載：設(shè)備在工作時(shí)承受兩個(gè)相反方向的載荷，機(jī)身所受載荷簡化為對機(jī)身的兩個(gè)方向的均布載荷；  （ 8）   對壓力機(jī)進(jìn)行應(yīng)力場分析；  （ 9）   分析壓力機(jī)在加載情況下機(jī)身變形情況以及應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律；  （ 10）  對機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析優(yōu)化，評價(jià)載荷對壓力機(jī)工作性能的影響，從而選擇合適的機(jī)身尺寸和材料厚度，盡量減輕機(jī)身的 重量；  （ 11）  通過分析結(jié)果，改善應(yīng)力狀況和改變相關(guān)尺寸變量，以減輕總體質(zhì)量，然后進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)剛度和強(qiáng)度，依次重復(fù)以上步驟，直至取得最佳方案。  （ 12）  對壓力機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析，得到機(jī)身結(jié)構(gòu)的固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對工作的狀況的影響；                   J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    7 第二章  壓力機(jī)機(jī)身的靜態(tài)分析  2.1 機(jī)身簡介  機(jī)身是壓力機(jī)的一個(gè)基本支撐部件，工作時(shí)承受全部工作變形力。因此，機(jī)身的合理設(shè)計(jì)對減輕壓力機(jī)重量，提高壓力機(jī)剛度 ,以及減少制造工時(shí)，都有直接的影響。 機(jī)身分為兩大類：即開式機(jī) 身和閉式機(jī)身。 J75G-200 是 閉式高速壓力機(jī)雙電高速精密壓力機(jī)。 機(jī)身結(jié)構(gòu)如下圖所示。 J75G-200 閉式 的主要技術(shù)規(guī)格如下：  型         號：  J75G-200 公   稱  壓  力：  2000KN 滑塊行程：      30mm 標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù)：  150450/min  圖 2.1  機(jī)身 幾何 結(jié)構(gòu)圖  2.2 有限元模型的建立  在進(jìn)行有限元分析之前，首先需要將分析對象的結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換為便于分析的結(jié)構(gòu)分析模型或力學(xué)模型。為保證全面地反映機(jī)身的應(yīng)力應(yīng)變情況，同時(shí)使有限元模型得到簡化，確定了下面四條建 模原則：  1） 對于明顯不會(huì)影響機(jī)身的整體強(qiáng)度、剛度的部位 ,如螺釘孔、銷孔、圓角等予橫梁  底座  工作臺   J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    8 以簡化；      2）認(rèn)為焊接質(zhì)量可靠，且不考慮焊接對各板傳力的影響；  3）將導(dǎo)軌看成自由界面，滑塊與導(dǎo)軌之間無力的傳遞；  4）地腳螺栓剛度無限大，不考慮地基及機(jī)身以外部件彈性變形；   圖 2.2  壓力機(jī)實(shí)體模型  底座材料 QT600-3，密度 37120 mkg ，彈性模量為 1.69E+11N/m2，泊松比為 0.286；橫梁材料 HT300，密度 37300 mkg ，彈性模量為 1.43E+11N/m2，泊松比為 0.27。  2.2.1 單元類型的選擇  在以往壓力機(jī)機(jī)身的分析中，由于受計(jì)算機(jī)硬件水平的限制，多選用有限元中的梁、板殼單元來描述機(jī)身的結(jié)構(gòu)。由于機(jī)身各部分具有不同的板厚，因此即使選擇同一單元類型時(shí)，也必須設(shè)置不同的實(shí)常數(shù)來定義板厚、梁單元的截面尺寸、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)，若設(shè)置參數(shù)較少，必然會(huì)對結(jié)構(gòu)作較大簡化；若參數(shù)設(shè)置較多，又給單元的劃分增加了計(jì)算量和復(fù)雜程度。同時(shí)，由于板單元和梁單元的節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)不同，因此必須考慮不同類型單元之間連接時(shí)位移的連續(xù)性問題，這就需要人工調(diào)整。若人工 干預(yù)太大，容易引起單元畸變。因此，用板、梁等單元建立的有限元模型，必將帶來一定的計(jì)算誤差，特別是對一些重要的局部區(qū)域，其分析時(shí)誤差較 J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    9 大。  因此用三維實(shí)體單元來描述機(jī)身結(jié)構(gòu)，更能反映機(jī)身的實(shí)際情況。在 ANSYS 軟件里，三維實(shí)體單元有六面體單元和四面體單元兩種。由于六面體單元在劃分時(shí)要求結(jié)構(gòu)規(guī)則，而對于機(jī)身這類較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行六面體單元的自動(dòng)劃分十分困難。采用四面體單元分析三維結(jié)構(gòu)，單元?jiǎng)澐直容^靈活，可以逼近較復(fù)雜的幾何形狀。因此 ， 本文計(jì)算時(shí) ， 采用單元 sohd45， 該單元為四面體 8 節(jié)點(diǎn)三維實(shí)體線性單元 ， 每 節(jié)點(diǎn)有三個(gè)移動(dòng)自由度 ， 同時(shí)指定單元邊長 ， 這樣可以得到比較均勻的單元 ， 從而節(jié)省計(jì)算時(shí)間。  2.2.2 網(wǎng)絡(luò)的劃分  利用 ANSYS Workbench 的智能尺寸網(wǎng)格劃分功能，網(wǎng)格劃分器 Meshing tool 對將要?jiǎng)澐志W(wǎng)格的體上的所有線估算單元邊長大小，對幾何體上的彎曲近似區(qū)域的線進(jìn)行細(xì)化，自動(dòng)生成合理形狀的單元和單元尺寸分布。通過基本控制和高級控制可以設(shè)置網(wǎng)格劃分的智能尺寸，本人將網(wǎng)格尺寸選擇為 60mm，精度為 100，畸變度選擇 0.3。網(wǎng)格劃分后共產(chǎn)生 65451 個(gè)單元， 118025 個(gè)單元節(jié)點(diǎn)。  精度越高，網(wǎng)格 的質(zhì)量也越好。當(dāng)然，復(fù)雜幾何區(qū)域的網(wǎng)格單元會(huì)變扭曲。劣質(zhì)的單元會(huì)導(dǎo)致劣質(zhì)的結(jié)果，或者在某些情況無結(jié)果 !有很多方法來檢查單元網(wǎng)格質(zhì)量 (mesh metrics*)。例如，一個(gè)重要的度量是單元畸變度（  Skewness ）?；兌仁菃卧鄬ζ淅硐胄螤畹南鄬εで亩攘?，是一個(gè)值在 0 (極好的 ) 到 1 (無法接受之間的比例因子。劃分網(wǎng)格后的機(jī)身如圖 2-3 所示。   圖 2.3 機(jī)身網(wǎng)絡(luò)劃分   J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    10 2.2.3 邊界條件的施加  1）載荷的施加  本設(shè)備的公稱壓力是 2000KN，但由于實(shí)際應(yīng)用中載荷并不是由零緩慢增加，在沖壓工件時(shí) 具有一定的加速度，機(jī)身實(shí)際上受到的是動(dòng)荷作用，故應(yīng)在靜載荷上乘以一個(gè)動(dòng)荷系數(shù) 1.20，即 2400KN。分析其應(yīng)力和變形時(shí)，取其公稱壓力為機(jī)身的外載荷。機(jī)身在工作時(shí)承受兩個(gè)方向的載荷，一個(gè)是作用在曲軸支撐孔上，方向向上；另一個(gè)是作用在工作臺上，方向向下。兩者大小相等，方向相反。工作臺上的載荷是均布載荷的形式作用于機(jī)身上，二軸承孔上的載荷是通過加載到半軸上的載荷通過接觸的設(shè)置，間接傳遞到軸承孔上，這樣能夠真實(shí)地反應(yīng)軸承孔的受力。  2）工作臺及曲軸支撐孔上載荷的處理      工作臺上的壓力 KNF 2400 ，工作臺面積是 2085.2185.1761.1 mA 。由公式AFP / ，得工作臺所受壓力為 MPaP 15.1 。右側(cè) 曲軸支撐孔 受到向上的力KNF 6001 ， 21 7 4 6 1 2125.019.014.3 mmRLA 。利用余弦公式計(jì)算 支撐 孔的不均勻受力， M PayyAFP )s in (*16)s in (*/2 111 。中間兩個(gè) 曲軸支撐孔 受到向上的力 KNF 6002 ， 28 4 8 2 32 mmRLA ， MP ayPP )s in (*1.1432 。左側(cè) 曲軸支撐孔 受到向上的力 KNF 6004 ， 24 71667 mmA 。 M PayP )s in (*7.164 。 在 Workbench進(jìn)行有限元分析時(shí)，將載荷按照計(jì)算結(jié)果施加在 曲軸支撐孔 ，看機(jī)身的受力和變形情況。  3）邊界約束條件      J75G-200 是 閉式高速壓力機(jī) 機(jī)座的邊界約束條件是通過地腳螺釘與地面相連的全約束，即可近似模擬其實(shí)際位移狀態(tài)。外力載荷及邊界約束如圖 2.4 所示。    J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    11  圖 2.4  外力載荷及邊界約束  2.2.4 材料特性  機(jī)身為 QT600-3 和 HT300 鋼的板材焊接結(jié)構(gòu)，在工作時(shí)其變形是彈性變形。材料特性常數(shù)包括：彈性模量、泊松比、密度，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊， QT600-3 鋼的彈性模量 E 為 169Gpa，泊松比 為 0.286， QT600-3 鋼的密度取 = 7120kg/m3。 HT300鋼的彈性模量 E 為 143Gpa，泊松比 為 0.27， QT600-3 鋼的密度取 = 7300kg/m3。  2.3 計(jì)算結(jié)果分析  2.3.1 應(yīng)力和變形要求  （ 1）   變形要求： 0.25mmxx ； 0.25m m yy ； mmzz 0.25 。  （ 2）   要求 :材料為球墨鑄鐵和灰鑄鐵，結(jié)構(gòu)的破壞形式一般為塑性屈服。因而在強(qiáng)度分析中采用第三強(qiáng)度理論或第四強(qiáng)度理論。第三強(qiáng)度理論未考慮主應(yīng)力 2 影響，可以較好的表現(xiàn)塑性材料屈服現(xiàn)象，適用于拉伸屈服極限和壓縮屈服極限相同的材料。第四強(qiáng)度理論考慮了注意力 2 的影響，而且和實(shí) 驗(yàn)較符合，與第三強(qiáng)度理論比較更接近實(shí)際情況。因而在強(qiáng)度評價(jià)中通常采用第四強(qiáng)度理論導(dǎo)出的等效應(yīng)力e（又稱 Von Mises 等效應(yīng)力）來評價(jià)。       第四強(qiáng)度的含義就是：在任何應(yīng)力狀態(tài)下，材料部發(fā)生破壞的條件是：                                 e  J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    12         許用應(yīng)力，    安全系數(shù) s      而e= )()()(21 213232221 其中： 1 ， 2 ，3第一，第二，第三主應(yīng)力  由前可知，機(jī)身材料為 QT600-3，s=370MPa 考慮到疲勞修正系數(shù)和疲勞修正系數(shù)安全系數(shù)，故安全 系數(shù)取 1.47，底座 =s/安全系數(shù) =370/1.47=252MPa，橫梁 =s/安全系數(shù) =300/1.47=204MPa. 而我們所要的應(yīng)力要求是： MPa204  2.3.2 應(yīng)力 和變形 圖形顯示  1） Von Mises 應(yīng)力等值線圖 （單位： MPa，以下相同）   圖 2.5   應(yīng)力等值線圖        J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    13 2） X 方向變形圖 （單位： mm，以下相同）   圖 2.6  X 方向變形圖  3） Y 方向變形圖   圖 2.7  Y 方向變形圖     J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    14 4） Z 方向變形圖   圖 2.8  z 方向變形圖  5）總變形圖   圖 2.9  總變形圖     J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    15 2.3.3 應(yīng)力分析  由 Von Mises 應(yīng)力等值線圖可以看到，最大應(yīng)力為 43.012MPa，最小應(yīng)力很小，這么小的應(yīng)力可以忽略不計(jì)。按第四強(qiáng)度理論 max 。其中 MPa204 這是前面已經(jīng)計(jì)算過了的 ， 應(yīng)力滿足條件。  2.3.4 變形分析  由變形圖可以看到最大變形量是 0.21457mm， X 方向的最大變形量是0.080341mm， Y 方向的最大變形量是 0.21448mm， Z 方向的最大變形量是0.032461mm。最小變形量是 0mm。變形要求： 0.25mmX X； 0.25m myy ； mmzz 0.25 。都是滿足要求的。  2.4  本章小結(jié)  本章主要內(nèi)容是詳細(xì)介紹在設(shè)計(jì)過程中的三維實(shí)體模型的建立，確定有限元分析中的單元選擇，網(wǎng)格劃分方法，載荷的施加，約束的施加以及用分析軟件對模型進(jìn)行分析并得出結(jié)論。  本章介紹了模型建立過程中的注意點(diǎn)以及簡化模型建立的原則，讓讀者能了解三維實(shí)體建模的整個(gè)過程。在有限元分析得出分析圖之后，通過 XYZ 三個(gè)方向的變形以及應(yīng)力圖，來判斷所建模型是否滿足強(qiáng)度和剛度的要求，如果不滿足則需要改進(jìn)機(jī)構(gòu)，假如滿足要求了，還要從節(jié)省材料成本的角度上看，在不影響壓力機(jī)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慮圓角和倒角的，所以還要將應(yīng)力集中問題考慮在內(nèi)。             J75G-200 閉式高速壓力機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)    16 第三章  機(jī)身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)  3.1 優(yōu)化分析  一般來說，正規(guī)的設(shè)計(jì)方法，往往取決于各種因素的作用，提出一種初始方案，然后