基于有限元的帶鋼張力輥架的優(yōu)化

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題 目 基于有限元的帶鋼張力輥架的優(yōu)化指 導(dǎo) 教 師 王遠(yuǎn)宏 王宏建 院（系、部） 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 機(jī)械11-1班 學(xué) 號(hào) 1131020103 姓 名 姜海杰 日 期 2015-01-15 教務(wù)處印制一、 選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀1.研究目的輥架在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般初步選定的初步輪廓，根據(jù)每個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性所要求的結(jié)構(gòu)計(jì)算及原型以及一定量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)很多的改進(jìn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案才最終定型。這種設(shè)計(jì)方法可行但是效率低下，而且數(shù)量較少的比較方案勢(shì)必不可能達(dá)到最優(yōu)化。在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，導(dǎo)致工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、廠家越來(lái)越意識(shí)到：引進(jìn)優(yōu)秀新

2、產(chǎn)品比誰(shuí)都能更快占領(lǐng)更多的市場(chǎng)。為此，CAE方法作為可以縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期為一個(gè)強(qiáng)大的工具，越來(lái)越頻繁地被設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)引入以提高其產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。2.研究意義：本文主要的研究對(duì)象是連退生產(chǎn)線中的張力輥，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)流程，求出輥架的受力，主要內(nèi)容是對(duì)張力輥架通過(guò)CAE方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析，使用三維建模工具SolidWorks進(jìn)行數(shù)字建模，使用SolidWorks 的插件simulation對(duì)輥輪架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜應(yīng)力分析，在載荷作用下遵循框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，位移，應(yīng)變，安全系數(shù)的情況，以強(qiáng)度條件和剛度條件為依據(jù)，來(lái)選擇、驗(yàn)算剛架結(jié)構(gòu)的物理幾何尺寸。對(duì)剛架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證剛架結(jié)

3、構(gòu)整體性和局部的剛度前提，在滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性前提下，通過(guò)將設(shè)計(jì)變量進(jìn)行改變，添加設(shè)計(jì)約束，協(xié)調(diào)剛架結(jié)構(gòu)各單元的關(guān)系，合理利用材料的性能，選用合理截面形狀的型材，節(jié)省了剛架結(jié)構(gòu)的耗材，減少架體的總體重量，達(dá)到輕量化，最終達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們進(jìn)一步鞏固、加深對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化；培養(yǎng)我們獨(dú)立思考、獨(dú)立工作和綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力，尤其注重培養(yǎng)我們獨(dú)立獲取新知識(shí)的能力；培養(yǎng)我們?cè)诜桨冈O(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、文字表達(dá)、文獻(xiàn)查閱、計(jì)算機(jī)應(yīng)用及工具書(shū)使用等方面的基本工作實(shí)踐能力；使我們樹(shù)立具有符合國(guó)情和生產(chǎn)實(shí)際的正確設(shè)計(jì)

4、思想和觀點(diǎn)，樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、勇于創(chuàng)新、善于與他人合作的工作作風(fēng)。3.研究現(xiàn)狀早在上世紀(jì)50年代末和60年代初，國(guó)際社會(huì)上某些大公司就已經(jīng)投入了大量的人力，物力開(kāi)發(fā)出功能強(qiáng)大的有限元分析程序。其中最有名的是1965年美國(guó)國(guó)家航空和航天局和貝兒航空系統(tǒng)公司（NASA）委托美國(guó)計(jì)算科學(xué)開(kāi)發(fā)的NASTRAN有限元分析系統(tǒng)，除此之外其中非常著名的還有德國(guó)的ASKA系統(tǒng)，英國(guó)PAFEC系統(tǒng)，法國(guó)SYSTUS系統(tǒng)，美國(guó)ABQUS系統(tǒng)，ADINA系統(tǒng)，ANSYS有限元分析軟件，BERSAFE，BOSOR，COSMOS，ELAS和其他公司，他們占據(jù)了優(yōu)化分析市場(chǎng)的絕大部分。有限元系

5、統(tǒng)的國(guó)內(nèi)獨(dú)創(chuàng)的應(yīng)用正在發(fā)生著深刻變化。在80年代初，中國(guó)已經(jīng)形成了一批具有高校，科研院所集中在有限元技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用系統(tǒng)的趨勢(shì)。北京大學(xué)早期的理論研究SPA，在當(dāng)時(shí)全國(guó)引起了非常強(qiáng)烈的影響。在這一歷史條件的影響下，國(guó)內(nèi)學(xué)者也子啊不停的創(chuàng)新中，開(kāi)發(fā)出來(lái)一大批的有限元的程序，如機(jī)械紫瑞鄭州研究院，大連理工JIFEX，梁國(guó)平老師研究的有限元分析系統(tǒng)FEPG和北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所。在90年代初期，我國(guó)進(jìn)入了大量的外國(guó)商業(yè)軟件，這一現(xiàn)象再次掀起了一股有限元應(yīng)用的潮流。這對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)提供了有利的條件，我國(guó)部分企業(yè)將有限元應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)中，由于國(guó)內(nèi)高校在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)有限元技術(shù)基礎(chǔ)，這些高校和研

6、究所已經(jīng)成為應(yīng)用的早期階段的主要力量，同時(shí)也推動(dòng)了有限元技術(shù)在國(guó)內(nèi)的普及，為工業(yè)發(fā)展帶來(lái)福音。二、研究方案及預(yù)期結(jié)果1.研究?jī)?nèi)容論文大概內(nèi)容為第一章緒論主要介紹CAE的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況及本文主要研究的主要內(nèi)容及各個(gè)章節(jié)安排論文研究的意義，第二章為張力輥架的受力分析，主要分析張力輥在工作時(shí)張力輥對(duì)輥架作用的力，第三章建模分析主要構(gòu)建輥架的三維模型及對(duì)輥架進(jìn)行SolidWorks simulation分析，得出靜應(yīng)力分析下的應(yīng)力，應(yīng)變，位移圖。第四章優(yōu)化分析，主要根據(jù)有限元分析的結(jié)果對(duì)輥架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，第五章對(duì)機(jī)構(gòu)優(yōu)化與原有尺寸進(jìn)行對(duì)比分析，第六章結(jié)論，總結(jié)優(yōu)化結(jié)果及工作展望。2.主要解決的問(wèn)題：三

7、維模型的建立，輥架受力的計(jì)算，輥架的靜應(yīng)力計(jì)算，輥架的優(yōu)化。4. 運(yùn)用的理論、方法：CAE，有限元分析原理。5.技術(shù)路線SolidWorks simulation靜應(yīng)力分析，參考SolidWorks simulation 基礎(chǔ)教程并學(xué)習(xí)。6.預(yù)期結(jié)果通過(guò)對(duì)輥架的優(yōu)化分析，達(dá)到既滿足輥架的使用安全要求又減輕輥架重量的目的。7.論文框架第一章：緒論第三章：張力輥架的受力狀態(tài)及分析第二章：輥架的靜應(yīng)力分析第四章：輥架的優(yōu)化第五章：優(yōu)化結(jié)果對(duì)比分析第六章：總結(jié)三、研究進(jìn)度第一周至第三周，完成論文所需要的資料，文獻(xiàn)，做好前期準(zhǔn)備。第四周，完成開(kāi)題報(bào)告，完成對(duì)外文文獻(xiàn)的翻譯工作。第五周到第七周，學(xué)習(xí)Sol

8、idWorks 軟件，進(jìn)行三維輥架的建模工作。第八周到第九周，完成張力輥架的受力分析，及論文緒論部分。第十周到第十一周，運(yùn)用SolidWorks simulation對(duì)三維建模的輥架進(jìn)行靜應(yīng)力分析，得出相應(yīng)的云圖。第十二周到第十四周，對(duì)輥架進(jìn)行優(yōu)化分析，同時(shí)編寫(xiě)論文。第十五周到十六周，完成論文，并對(duì)論文進(jìn)行修改。四、主要參考文獻(xiàn)1 李漢龍.基于三維CAD的計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)D.西安:西北工業(yè)大學(xué),2005.2陳敏.機(jī)械產(chǎn)品的系列化設(shè)計(jì)方法研究J.四川輕化上學(xué)院報(bào),2003,16(2):6669.3 葉勇, 朱若艷. 基于有限元分析的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法J. 機(jī)械, 2004,

9、31(11): 18-20.4 陳永當(dāng)，鮑志強(qiáng)，任慧娟，等基于SolidWorks Simulation 的產(chǎn)品設(shè)計(jì)有限元分析 J. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展, 2012, 22(9): 1.5 Ireland R C, Torres C R. Finite Element Modeling of a Circumferential MagnetiserJ.sensors and Actuators,2006,129(1-2):197-202.6 Croccolo D.，De Agostinis M，Vincenzi N. An analytical approach to thestructure design and optimization of motorbike forks. PROCEEDINGS OFTHE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART D-JOURNALOF AUTOMOBILE ENGINEERINGJ. 2012，226：D2：158-168.7 范鳴玉, 張瑩. 最優(yōu)化技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京: 清華0-大學(xué)出版社, 1982: 10-11.8王青,烏卜義杰,夏冠華.三維CAD/CAM系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)技術(shù)J.電工技術(shù)與自動(dòng)化，2001,(4)