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本科生畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計題目 有限元分析及優(yōu)化 設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 專 業(yè) 班 級 指 導(dǎo) 教 師 完 成 日 期 畢業(yè)設(shè)計（論文）前期工作材料 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 系 部： 專 業(yè)： 設(shè)計（論文）題目： 雙主機大梁沖機身 結(jié)構(gòu) 有限元分析及優(yōu)化設(shè)計 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（論文）選題、審題表 1 2 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 1 3 畢業(yè)設(shè)計（論文）實習(xí)調(diào)研報告 1 4 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（含文獻綜述） 1 5 畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯（含原文） 1 6 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表 1 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（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) 申報課題名稱 雙主機大梁沖機身 結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設(shè)計 課題性質(zhì) ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 課題來源 A B C D √ √ 課題簡介 本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司。 壓力機是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運用有限元分析技術(shù)對 壓力機進行結(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)計算分析的依 據(jù)，增強其產(chǎn)品在市場的競爭力。 本課題的目的在于鞏固和擴大學(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)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決工程中的實際問題的能力；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)計過程中使用計算機的能力；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)計等現(xiàn)代設(shè)計方法。 設(shè)計（論文） 要 求 （包括應(yīng)具備的條件） 技術(shù)要求： (1) 要求校核 壓力機在承載條件下 的剛度和強度； (2) 要求在保證壓力機強度和剛度的條件下對壓力機主要部件進行優(yōu)化設(shè)計； (3) 分析壓力機的模態(tài)，并對壓力機的工作狀況進行評估。 具備條件 ： (1) 機房提供學(xué)生完成課題所需計算機和有限元分析軟件 (2) 揚州大學(xué)圖書館提供學(xué)生所需資料。 課題預(yù)計 工作量大小 大 適中 小 課題預(yù)計 難易程度 難 一般 易 √ √ 所在專業(yè)審定意見： 負責(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（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： 雙主機大梁沖機身 結(jié)構(gòu) 有限元分析及優(yōu)化設(shè)計 起 迄 日 期： 設(shè)計（論文）地點： 指 導(dǎo) 老 師： 專 業(yè) 負 責(zé) 人： 發(fā)任務(wù)書日期： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 1、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達到的目的： 本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司。 壓力機是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運用有限元分析技術(shù)對 壓力機進行結(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)計算分析的依據(jù)，增強其產(chǎn)品在市場的競爭力。 本課題的目的在于鞏固和擴大學(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)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決工程中的實 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)計過程中使用計算機的能力；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)計等現(xiàn)代設(shè)計方法。 2、本畢業(yè)設(shè)計（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）： 務(wù)內(nèi)容 要求運用有限元分析軟件 壓力機 進行有結(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。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機機身部件的 強度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以達到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。模態(tài)分析可以求出機身振動的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對液壓機工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為液壓機的設(shè)計提供了理論和現(xiàn)實依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有： （ 1） 對 壓力機機身 進行三維實體建模 ； （ 2） 了解 壓力機 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對其進行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案； （ 3） 劃分網(wǎng)格，進行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評價載荷對壓力機工作性能的 影響； （ 4） 對 機身 模型進行 自由 模態(tài)分析，求解 機身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動態(tài)參數(shù)，分析其對工作狀況的影響。 （這項選做 ） ； （ 5） 根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險區(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，以達到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進行有限元分析，檢驗改變尺寸后的剛度和強度。重復(fù)進行以上步驟，直到獲取最佳方案。 始條件及數(shù)據(jù) 該設(shè)備的主要參數(shù)如下 : 型 號 : 公 稱 壓 力 : 1600 標準行程次數(shù) : 25程 50次 /分； 機身材料是 度 37800 ； 許用角變形 ? ? 1200? ? 微??； 其他數(shù)據(jù)（材料等）見圖紙。 術(shù)要求 (4) 要求校核 壓力機在承載條件下的剛度和強度。 (5) 要求在保證液壓機強度和剛度的條件下對液壓機主要部件進行優(yōu)化設(shè)計。 （ 3） 分析液壓機的模態(tài)，并對液壓機的工作狀況進行評估。 作要求 （ 1） 在深刻領(lǐng)會任務(wù)內(nèi)容及要求的基礎(chǔ)上，查找相關(guān)的文獻資料。（ 20 篇以上，除了教師已列出的文獻），通過查閱文獻資料認真研究原始材料，寫出開題報告； （ 2） 進行理論 學(xué)習(xí)、上機操作、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，獨立完成畢業(yè)設(shè)計的各項工作； （ 3） 畢業(yè)論文或設(shè)計說明書需符合規(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、參考文獻和附錄組成，中文摘要在 400漢字左右，外文摘要在 250 個實詞左右，中文題名字數(shù)一般不超過 20個，設(shè)計說明書、論文或軟件說明書的總字數(shù)在 萬漢字； （ 4） 完成英譯中資料一份； （ 5） 畢業(yè)設(shè)計必須按時按量在規(guī)定的地點認真完成。 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 3、對本畢業(yè)設(shè)計（論文） 課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計論文、 圖表、實物樣品等）： （ 1） 完成實習(xí)調(diào)研報告一份； （ 2） 完成開題報告一份； （ 3） 完成按本任務(wù)書第二項內(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： [1] 梁森 D]:[碩士學(xué)位論文 ]. 山東：山 東工業(yè)大學(xué)機械系， 2001. [2] 雷小寶 D]： [碩士學(xué)位論文 ]肥工業(yè)大學(xué)， 2007. [3] 張祖芳 計 [D]:[碩士學(xué)位論文 ] 南大學(xué)， 2004. [4] 周平 D]:[碩士學(xué)位論文 ]京理工大學(xué)，2007. [5] 江克斌 , 屠義強 , 邵飛 現(xiàn) . 北京 : 國防工業(yè)出社 . [6] 高耀東 , 郭嘉平 械工程應(yīng)用 25 例 . [7] 劉茜，董正身，基于 C 型液壓機機身有限元分析，機械設(shè)計與制造， 2006，10018] 劉強，付文智，李明哲 塑性工程學(xué)報 0(5) [9] 傅志 方，華宏星 上海 :上海交通大學(xué)出版社 ,2000 [10] 張洪武．有限元分析與 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結(jié)構(gòu)優(yōu)化 [J]. 浙江大學(xué)學(xué)報 , 2005, 4: 4613] 尚曉江 , 邱峰 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 . 構(gòu)有限 元高級分析方法與范例應(yīng)用 16] 章爭榮，孫友松等，開式數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機機身結(jié)構(gòu)及其對剛度的影響，鍛壓機械，2001， 3 [17] 鐘志華，周彥偉 . 現(xiàn)代設(shè)計方法 [18] 雷小燕 中國鐵道出版社 0 [19] 龔曙光 礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 5、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃 起止日期 工 作 內(nèi) 容 第 1： 第 3： 第 5： 第 8： 第 12－ 13 周： 第 14： 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)實習(xí)，并完成實習(xí)報告； 調(diào)查研究、分析課題，提交開題報告； 有限元軟件（ 作練習(xí)； 對壓力機機身進行有限元建模研究； 結(jié)構(gòu)分析，有限元計算，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； 對所做工作進行總結(jié)、分析、做 備畢業(yè)答辯 。 所在專業(yè)審核意見： 負責(zé)人： 年 月 日 學(xué)院意見： 院長： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號 專 業(yè)： 設(shè)計（論文）題目： 雙主機大梁沖機身 結(jié)構(gòu) 有限元分析及優(yōu)化設(shè)計 指 導(dǎo) 老 師： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 1、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 內(nèi)外液壓機發(fā)展?fàn)顩r 壓力機以其良好的加工工藝性能，廣泛應(yīng)用在各類機械加工和耐火材料制造企業(yè) [1]。其中 液壓機是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一。自 19 世界問世以來發(fā)展很快，已成為工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備之一。由于液壓機在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。如板材成型；管、線、型材擠壓；粉末冶金、塑料及橡膠制品成型；膠合板壓制、打包；人造金剛石、耐火磚壓制和炭極壓制成型；輪軸壓裝、校直等等。各類類型液壓機的迅速發(fā)展，有力的促進了各種工業(yè)的發(fā)展和進步。液壓機是利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強傳動的機械。油壓機由主機及控制機構(gòu)兩大部分組成。油壓機主機部分包括機身、液壓缸及充液裝置等。動力機構(gòu) 由油箱、高壓泵、低壓控制系統(tǒng)、電動機及各種壓力閥和方向閥等組成。動力機構(gòu)在電氣裝置的控制下，通過泵和油缸及各種液壓閥實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動作的循環(huán) [2]。 液壓機作為一種通用的無屑成型加工設(shè)備，其工作特點一是動力傳動為 “ 柔性 ” 傳動，不像機械加工設(shè)備一樣動力傳動系統(tǒng)復(fù)雜，這種驅(qū)動原理避免了機器過載的情況；二是液壓機的拉伸過程中只有單一的直線驅(qū)動力，沒有 “ 成角的 ” 驅(qū)動力，這使加工系統(tǒng)有較長的生命期和高的工件成品率 [3]。液壓機因具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝適應(yīng)性強、環(huán)境污染小等其他設(shè)備不可替代 的性能特點，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、國防、電力電子、塑料、機械、冶金和輕工等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。影響液壓機質(zhì)量的因素很多，其中液壓機本體的設(shè)計水平起著重要的作用。液壓機本體是液壓機的重要組成部分，其重量約占整機重量的 60％以上。液壓機本體的設(shè)計水平，對液壓機的制造成本、技術(shù)性能和使用壽命有著決定性的影響。我國液壓機本體的設(shè)計水平還比較落后，研究關(guān)于液壓機本體的設(shè)計方法，對提高我國液壓機的整體設(shè)計水平、增強相關(guān)企業(yè)的生存和發(fā)展能力具有重要的現(xiàn)實意義。 世界上第一臺水壓機的發(fā)明標志著現(xiàn)代液壓技術(shù) 工程應(yīng)用的開始 ,這是由英國科學(xué)家約瑟夫在 1795 年發(fā)明的。由于早期技術(shù)水平的限制即使已經(jīng)發(fā)展了二、三百年的液壓傳動技術(shù)在實際中很長一段時間內(nèi)沒有得到廣泛應(yīng)用 [4]。在我國，液壓行業(yè)已形成了門類齊全，有一定生產(chǎn)能力和技術(shù)水平，初具規(guī)模的生產(chǎn)科研體系。目前全國約有近 300 家企業(yè)，還有液壓研究室（所），國家級液壓元件質(zhì)量監(jiān)督檢測中心以及國家重點實驗室。我國液壓工業(yè)重視同國外企業(yè)進行有效的經(jīng)濟和技術(shù)合作，近年來先后從國外引進了很多液壓元件和液壓系統(tǒng)等制造技術(shù)，為提高產(chǎn)品 水平和生產(chǎn)能力起了重要作用。目前已和美國、日本 、德國共同建立了某些合資企業(yè)，這些企業(yè)將推動我國液壓工業(yè)的發(fā)展。 在國外，液壓工業(yè)的發(fā)展速度高于機械工業(yè)。為了滿足用戶的需要，主機品種日益增多，產(chǎn)品更新速度加快，相應(yīng)要求液壓元件增加品種，實現(xiàn)多樣化，因而液壓件屬于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品相對減少，大部分屬于成批或小批生產(chǎn)。為適應(yīng)這種動向，國外生產(chǎn)方式也有所變化。 國內(nèi)、外有些廠家采用可編程控制器控制方式，如天津鍛壓機械廠有近 54％的產(chǎn)品裝有 過采用 制，使系統(tǒng)的控制性能和可靠性大大提高。丹麥的紅血們公司采用 可編程控制器，實現(xiàn)對壓力和位移 的控制。而與國外發(fā)展情況相比，國內(nèi)極少有采用工業(yè)控制機控制方式的產(chǎn)品，成熟的產(chǎn)品是采用可編程控制器的控制方式 [5]。 走向二十一世紀的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進和擴展，不斷擴大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面：（ 1）減少能耗，充分利用能量；（ 2）泄漏控制；（ 3）污染控制；（ 4）主動維護，提高故障診斷水平；（ 5）機電一體化；（ 6）液壓 術(shù)。 限元的發(fā)展及現(xiàn)狀 有限元法是計算力學(xué)中的一種重要的方法，它是 20 世紀 50 年代末 60 年代 初興起的應(yīng)用教學(xué)、現(xiàn)代力學(xué)及計算機科學(xué)相互滲透、綜合利用的邊緣科學(xué)。有限元發(fā)展至今，已由二維問題擴展到三維問題、板殼問題，由靜力學(xué)問題擴展到動力學(xué)問題、穩(wěn)定性問題，由結(jié)構(gòu)力學(xué)擴展到流體，力學(xué)、電磁學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科，由線性問題擴展到非線性問題，由彈性材料擴展到彈塑性。塑性、黏塑性和復(fù)合材料，從航空技術(shù)領(lǐng)域擴展到航天、土木建筑、機械制造、水利工程、造船、電子技術(shù)及原子能等。由單一物理場的求解擴展到多物理場的耦合，其應(yīng)用的深度和廣度都得到了極大地拓展 [6]。 有限元法的基本思路是將計算域劃分為有限個互不重疊的單元 ，在每個單元內(nèi) ,選擇一些合適的節(jié)點作為求解函數(shù)的插值點 ,將微分方程中的變量改寫成由各變量或其導(dǎo)數(shù)的節(jié)點值與所選用的插值函數(shù)組成的線性表達式 ,借助于變分原理或加權(quán)余量法，將微分方程離散求解 [7]。 有限元法是 943年首先提出的 [8]。自從提出有限元概念以來 ,有限元理論及其應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。過去不能解決或能 ； 解決但求解精度不高的問題 ,都得到了新的解決方案。 傳統(tǒng)的 分析域是無限的 ； 材料是同質(zhì)的 ,甚至在大部分的分析中認為材料是各向同性的 ;對邊界條件簡化處理。但實際問題往 往是分析域有限、材料各向異性或邊界條件難以確定等 [9]。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 [10]。自從 1965 年 “有限元 ”這個名詞第一次出現(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。近年來隨著計算機技術(shù)的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設(shè)計和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分析計算問題的有效途徑，現(xiàn)在從汽車到航天飛機幾乎所有的設(shè)計制造都已離不開有限元分析計算，其在機械制造、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 究等各個領(lǐng)域的廣泛使用已使設(shè)計水平發(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)計階段發(fā)現(xiàn)潛在的問題；經(jīng)過分析計算，采用優(yōu)化設(shè)計方案，降低原材料成本；縮短產(chǎn)品投向市場的時間；模擬試驗方案，減少試驗次數(shù)，從而減少試驗經(jīng)費 [11][12][13]。 在有限元法應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展、求解精度不斷提高的同時 , 有限元也從分析比較向優(yōu)化設(shè)計方向發(fā)展 [14]。印度 士用 拖拉機前橋進行優(yōu)化設(shè)計 ,結(jié)果不但降 了約 40%的前橋自重 ,還避免了在制造過程中的大量焊接工藝 ,降低了生產(chǎn)成本。有限元在國內(nèi)的應(yīng)用也十分廣泛。自從我國成功開發(fā)了國內(nèi)第一個通用有限元程序系統(tǒng) ,有限元法滲透到工程分析的各個領(lǐng)域中 ,從大型的三峽工程到微米級器件都采用有限元進行分析 [15在我國經(jīng)濟發(fā)展中擁有廣闊的發(fā)展前景。 有限元的發(fā)展趨勢：（ 1）與 無縫合成（ 2）更強大的網(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。 件簡介 一款以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用 件 ,是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級 具之一，該軟件是由美國 司研制開發(fā)的融結(jié)構(gòu)、流 體、熱、聲、電磁等學(xué)科于一體的大型通用有限元分析軟件 [17]。 在 際質(zhì)量體系認證中， 件是第一個通過認證的大型分析設(shè)計類軟件。它對包括幾何建模、網(wǎng)格劃分、求解、后處理 、優(yōu)化設(shè)計等在內(nèi)的模塊都具有一體化的處理技術(shù) [18]。 的 塊提供了完整的結(jié)構(gòu)分析功能，包括幾何非線性材料非線性各種動力分析等計算 能力，此程序包在結(jié)構(gòu)分析方面具有強大的功能。在實際生產(chǎn)過程中，常常會遇到各種各樣的機械結(jié)構(gòu)分析問題：如機械結(jié)構(gòu)受力，變形及內(nèi)部應(yīng)力情況等等利用 件對機械模進行仿真模擬計算，通過應(yīng)力應(yīng)變云圖直觀展示構(gòu)件的性能特點，從而為解決機械結(jié)構(gòu)中常見的問題提供理論依據(jù)。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是由設(shè)計者提供幾個不同的設(shè)計方案，從中比較，挑選出最優(yōu)的方案。這種方法，往往是建立在設(shè)計者的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，再加上資源時間的限制，提供的可選方案個數(shù)有限，往往不一定是最優(yōu)的方案。如想獲得最佳的方案，就要提供更多的設(shè)計方案進行比較， 這就需要大量的資源，單靠人力往往難以做到 [19]。將 于結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員可以根據(jù)仿真分析的結(jié)果進一步了解機構(gòu)的性能特點，主動地尋求最佳設(shè)計方案，使產(chǎn)品的設(shè)計更為合理，從而有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量與工作性能[20]。 一個典型的 析過程可分為以下三個步驟：（ 1）創(chuàng)建有限元模型。包括創(chuàng)建或讀入幾何模型；定義材料屬性；劃分單元（節(jié)點及單元）；（ 2）施加載荷進行求解。包括施加載荷及邊界條件；求解；（ 3）查看結(jié)果。包括查看分析結(jié)果；檢驗分析是否正確。壓力機的可靠性、安全性、加工精度和使用壽 命等是機床結(jié)構(gòu)設(shè)計和機床運行應(yīng)考慮的主要問題，基于此，利用 件對壓力機進行靜態(tài)分析、模態(tài)分析和諧響應(yīng)應(yīng)分析，通過分析得出壓力機的靜剛度、前六階振型及固有頻率，為評價壓力機的動靜態(tài)特性以及后面的設(shè)計改造提供了 實驗數(shù)據(jù)，為這種類型的壓力機設(shè)計改進提供了參考 [21]。 [參考文獻 ]： [1] 董建興 D]2] 朱釩 ,張志，張道富，李慶亮 ,司徒忠 機床與液壓， 2000. [3] 許福 玲 ,陳堯明 三版） [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2007. [4] 陳成 速薄板成型液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真 [D]5] 葉勁松 武鋼技術(shù) . [6] 陳錫棟，楊婕，趙曉棟，范細秋，有限元的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 [J][7] 張晉紅，吳風(fēng)林，有限元法及其應(yīng)用現(xiàn)狀 [J][8] 李開泰 ,黃艾香 ,黃慶懷 M]西安交通大學(xué)出版社 ,1992:1[9] 于亞 婷 ,杜平安 ,王振偉 J]2005,22(3):6[10] 王華瑜，初克建 R]東省龍口市金泰規(guī)劃建筑設(shè)計有限公司；北京天圓泰工程造價咨詢有限公司， 2011 [11] 傅永華 M］ 武漢大學(xué)出版社 ,[12] 李人憲 M］ 國防工業(yè)出版社 ,[13] 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]. 機械設(shè)計與制造 ,2003(3):107[14] 韓西 ,鐘厲 ,李博 和計算機仿真中的應(yīng)用 [J] 2001(20):124 [15] 吳夢喜 ,王建鋒 ,蘇愛軍 變形體的滲流 變形有限元耦合分析 [J]2003(4):445[16] 方華軍 ,劉建設(shè) ,任天令 電驅(qū)動 開關(guān)的設(shè)計與優(yōu)化 [J]2003(7/8):400[17] 田會然 向模鍛液壓機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析 [D]秦皇島：燕山大學(xué)材料加工工程專業(yè)碩士學(xué)位論文， 2005[18] 馮明益 D]大學(xué)材料加工工程專業(yè)碩士學(xué)位論文， 19] 劉云平，包華，陳明 件的優(yōu)化分析介紹 [D]0000G（ 2010） 04[20] 黃一江． 構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在機械設(shè)計中的應(yīng)用 [J]．應(yīng)用技術(shù)， 2013（ 4). [21] 王亞利 件在機械結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 [M]佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 10062014）03 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 2、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 題來源 本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司。 壓力機是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運用有限元分析技術(shù)對 壓力機進行結(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)計算分析的依據(jù)，增強其產(chǎn)品在市場的競爭力。 題分析（研究或解決的問題） 運用有限元分析軟件 壓力機 進行有結(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。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機機身部件的強度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 以達到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。模態(tài)分析可以求出機身振動的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對液壓機工作狀態(tài)的影響。這對于了解液壓機現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為液壓機的設(shè)計提供了理論和現(xiàn)實依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有： 對 壓力機機身 進行三維實體建模； (1) 了解 壓力機 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對其進行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案； (2) 劃分網(wǎng)格，進行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評價載荷對壓力機工作性能的影響； (3) 對 機身 模型進行自由模態(tài)分析，求解 機身 固 有頻率以及相應(yīng)的振型等動態(tài)參數(shù)，分析其對工作狀況的影響； (4) 根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險區(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，以達到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進行有限元分析，檢驗改變尺寸后的剛度和強度。重復(fù)進行以上步驟，直到獲取最佳方案。 案定制 (1) 先熟悉和了解 件和 件； (2) 在 畫出 壓力機的三維模型； (3) 將精整壓力機的模型導(dǎo)入 件； (4) 添加材料特性：機身材料是 度 ρ=7800㎏ / (5) 對單元進行網(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)域細劃 ”的原則； (6) 對模型選擇自由端和固定端，并添加約束條件； (7) 對壓力機進行加載：設(shè)備在工作時承受兩個相反方向的載荷，機身所受載荷簡化為對機身的兩個方向的均布載荷； (8) 對壓力機進行應(yīng)力場分析； (9) 分析壓力機在加載情況下機身變形情況以及應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律； (10) 對機身結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析優(yōu)化，評價載荷對壓力機工作性能的影響，從而選擇合適的機身 尺寸和材料厚度，盡量減輕機身的重量； (11) 對壓力機進行自由模態(tài)分析，得到機身結(jié)構(gòu)的固有頻率以及相應(yīng)的振型等動態(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，然后進行有限元分析，檢驗剛度和強度，依次重復(fù)以上步驟，直至取得最佳方案。 課題分析 尋找相關(guān)資料，如文獻、圖紙尺寸等 進行三維建模 將三維模型導(dǎo)入 件 添加材料特性 網(wǎng)格劃分 添加約束 添加載荷 進行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析 進行模態(tài)分析 剛度和強度是否達要求 用 據(jù)壓力機的尺寸畫出三維模型 先了解 件的基本操作 材料特性：機身材料是 度ρ =7800㎏ /設(shè)置好網(wǎng)格參數(shù) 選擇固定約束，選擇固定端和自由端 求得機身應(yīng)力及應(yīng)變的分布規(guī)律 得出機身固有頻率及相應(yīng)的振型等動態(tài)參數(shù) 得出最佳方案 改善應(yīng)力狀況和 改變機身尺寸 課題進度安排 起止日期 工作內(nèi)容 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)實習(xí)，并完成實習(xí)報告 調(diào)查研究、分析課題，提交開題報告； 有限元軟件（ 作練習(xí) 對壓力機機身進行有限元建模研究； 結(jié)構(gòu)分析，有限元計算，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 ； 對所做工作進行總結(jié)、分析、做 備畢業(yè)答辯 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 指導(dǎo)教師意見： 1、對“文獻綜述”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（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： 負責(zé)人： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（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 雙主機大梁沖機身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設(shè)計 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 工作進度 快 按計劃進行 √ 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責(zé)人 年 月 日 實習(xí)報告 為做好畢業(yè)設(shè)計，老師組織我們參觀實習(xí)，這是我們機械專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分，并作為一個獨立的項目列入畢業(yè)設(shè)計的安排中。其目的在于通過實習(xí)使學(xué)生獲得基本生產(chǎn)的感性知識，理論聯(lián)系實際，擴大知識面；同時專業(yè)實習(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)生接觸社會的一個重要途徑，體驗企業(yè)工作的內(nèi)容和方法。這些實際知識，對我們的畢業(yè)設(shè)計過程中起著十分有意義的作用。同時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。 在老師的安排下，我們參觀了揚州揚力集團。 揚力集團始創(chuàng)于 1966年，總部坐落于長三角沿江工業(yè)走廊核心區(qū)域的揚州市邗江經(jīng)濟開發(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。憑借得天獨厚的區(qū)域環(huán)境和自身優(yōu)勢，揚力集團以 46年的光輝歷程，創(chuàng)造了我國鍛壓機床發(fā)展史上一個又一個奇跡，先后榮獲“國家重點高新技術(shù)企業(yè)”、“中國鍛壓機床排頭兵”、“中國機械企業(yè) 500 強”、“全國五一勞動獎狀”等榮譽和稱號。 2008 年，揚力商標被國家工商總局正 式認定為“中國馳名商標”。 長期以來，揚力集團致力于沖、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)一流的職工團隊，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，并遠銷歐美、東 南亞等幾十個國家和地區(qū)。集團下轄揚力重機、揚力數(shù)控、揚力精機、揚力液壓、揚力機床等五家全資或控股企業(yè)，形成技術(shù)綜合開發(fā)、生產(chǎn)配套成龍、營銷網(wǎng)絡(luò)化運作、服務(wù)一體化運行的現(xiàn)代經(jīng)濟實體。為了實施技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新，集團組建了技術(shù)力量雄厚，軟硬件精良 的省級工程中心，下設(shè)壓力機、重型機床、精密機床、數(shù)控機床、液壓設(shè)備研究所，與國內(nèi)外眾多科研院所建立了穩(wěn)定的合作體系。近年來，揚力集團先后獲國家及省、市級科技進步獎 32 項，獲國家專利技術(shù)與產(chǎn)品 132項，承擔(dān)國家“火炬計劃”、“星火計劃”項目 15 項，成為全國數(shù)控金屬板材設(shè)備產(chǎn)業(yè)基地骨干企業(yè)和國家鍛壓機械壓力機標準化技術(shù)委員會核心企業(yè)。 隨著全球經(jīng)濟一體化步伐的加快，今天的揚力人正將目光聚焦世界，不惜重金引進技術(shù)、引進人才、擴大投入，瞄準國際一流水平，加大產(chǎn)品與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，努力實施從“數(shù)量擴張型”到“技 術(shù)創(chuàng)新型”，“質(zhì)量增長型”和“服務(wù)推進型”轉(zhuǎn)變，以“務(wù)實、創(chuàng)新、卓越”的精神風(fēng)范和“創(chuàng)新轉(zhuǎn)型、揚力快行”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)、百年揚力的目標昂然邁進。 我們主要參觀的是壓力機產(chǎn)品，揚力集團的壓力機產(chǎn)品有：高精度、高性能壓力機，氣動開式固定臺壓力機，閉式壓力機，半閉式壓力機，高速壓力機，行程可調(diào)壓力機，普通型開式安全 型，深喉壓力機等等。其中高精度、高性能壓力機有 性能壓力機，列開式單點高精度、高性能壓力機， 列龍門型單點高性能 壓力機， 列龍門型單點高性能壓力機；氣動開式固定臺壓力機有 列干式離合、壓塌式保險開式固定臺壓力機， 壓保險開式固定臺壓力機， 列濕式離合、液壓保險高性能壓力機，列多連桿開式固定壓力機， 列大工作面高性能雙點壓力機；閉式壓力機有列龍門型雙點高性能壓力機、 列龍門型單點高性能壓力機、 列閉式單點壓力機 閉式有 這次實習(xí)讓我明白了只有實踐才能讓我們提高，學(xué)習(xí)書本的知識，是為了在實踐中運用，在從中體會總結(jié)經(jīng)驗，提高自身技能和實戰(zhàn)經(jīng)驗。學(xué)習(xí)理論是為實踐做準備，掌握好理論原理，才能在實踐過程中不盲從，或者不知所云。我必須加強專業(yè)知識和實踐的結(jié)合，以使自己將來進入公司能 盡快的適應(yīng)公司， 適應(yīng)社會。為整個機械行業(yè)， 為整個社會做出自己的一份貢獻。 為未來做好充分的準備，才能立足于這個競爭激勵的社會。 I 中文摘要 壓力機是生產(chǎn)大型模鍛件的重要加工設(shè)備 。本文以 力機機身為研究對象 ， 利用有限元分析軟 在壓力機機架滿足足夠的 應(yīng)力 條件下， 進行優(yōu)化，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，增強企業(yè)競爭力 具有重要意義 。為提高壓力機產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和壽命降低產(chǎn)成本提供科學(xué)計算分析的依據(jù)從而能夠增強其產(chǎn)品在市場的競爭力。其主要內(nèi)容如下： 1、對 壓力機機身 進行三維實體建模； 2、了解 力機工作性質(zhì)和工作狀態(tài)；對其進行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案； 3、劃分網(wǎng)格，進行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律； 4、根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險區(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，以達到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進行有限元分析，檢驗改變尺寸后的剛度和強度。重復(fù)進行以上步驟，直到獲取最佳方案； 5、對 機身 模型進行模態(tài)分析，求解 機身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動態(tài)參數(shù)，分析其對工作狀況的影響。 最后對論文的研究內(nèi)容進行總結(jié)和展望。 關(guān)鍵詞： 限元 ,件，優(yōu)化設(shè)計 he is an of In as in to is of to of In to of so as to of in as 1. D 2. of of 3. of 4. to to to in in to of of Re of 5. on of on of of is 目錄 中文摘要 ..................................................................................................................... I .................................................................................................................... 一章 緒論 ........................................................................................................... 力機發(fā)展的現(xiàn)狀 ....................................................................................... 限元法的介紹 ........................................................................................... 件的介紹 ........................................................................................ V 課題來源及研究的目的和意義 ................................................................ 課題來源 .............................................................................................. 研究的目的和意義 .............................................................................. 本課題需要研究的內(nèi)容和要解決的問題 ........................................ 二章 壓力機機身的靜態(tài)分析 ...................................................................... 身簡介 ........................................................................................................ 限元模型的建立 ........................................................................................ 單元類型的選取 .................................................................................... X 加材料常數(shù) ........................................................................................ X 格的劃分 ............................................................................................ X 界條件的施加 .................................................................................. 算結(jié)果分析 ............................................................................................ 應(yīng)力和變形要求 .............................................................................. 應(yīng)力圖形顯示 ................................................................................... 變形圖顯示 ....................................................................................... 應(yīng)力分析 .......................................................................................... 變形分析 .......................................................................................... 討論 ................................................................................................ 三章 機身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 .........................................................................