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基于有限元法的剪板机机架优化设计与分析

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第一章 绪论

1.1 剪板机简介

1.2 剪板机的国内外研究现状

1.3 剪切理论和剪板机的分类

1.3.1 剪切理论

1.3.2 剪板机的分类

1.4 论文研究目的和研究内容

1.4.1 论文研究目的

1.4.2 主要研究内容

第二章 液压摆式剪板机的简介及机架力学模型的建立

2.1 液压摆式剪板机的工作原理及特点

2.1.1 液压摆式剪板机的工作原理

2.1.2 液压摆式剪板机的特点

2.2 液压摆式剪板机的机构

2.2.1 机加

2.2.2 上刀架

2.2.3 压料装置

2.2.4 前后挡料装置

2.2.5 间隙调整装置

2.3 剪板机的基本参数

2.4 剪板机的力学模型建立

2.5 本章小结

第三章 有限元法理论以及软件介绍

3.1 有限元法理论

3.1.1 有限元理论的概述

3.1.2 有限元法的基本原理

3.1.3 有限元基本方法和步骤

3.2 ANSYS软件介绍

3.2.1 ANSYS的发展综述

3.2.2 ANSYS的主要功能及模块介绍

3.2.3 ANSYS的主要特点

3.2.4 ANSYS软件的分析步骤

3.3 本章小结

第四章 剪板机机架的静态分析

4.1 机架静力分析模型的建立

4.1.1 三维实体模型的建立

4.1.2 三维实体模型的简化处理

4.1.3 Pro/E软件与ANSYS软件之间的数据转换

4.14单元类型的选择

4.15材料参数设置

4.16有限元网格划分

4.2 边界约束条件及加载说明

4.3 机架静力分析结果及强度校核

4.4 本章小结

第五章 剪板机机架的模态分析

5.1 模态分析的理论基础

5.2 模态的提取方法

5.3 剪板机机架的模态分析步骤

5.4 剪板机机架的模态分析

5.4.1 建立剪板机机架的模态分析有限元模型

5.4.2 剪板机机架有限元模型的加载与求解

5.4.3 剪板机机架的模态计算结果与分析

5.5 本章小结

第六章 剪板机机架的优化设计

6.1 优化设计的理论基础

6.1.1 优化设计概述

6.1.2 优化设计的数学模型

6.1.3 主要优化方法

6.1.4 优化工具

6.1.5 ANSYS中优化设计分析步骤

6.1.6 ANSYS中优化设计注意事项及建议

6.2 立柱的优化设计

6.2.1 立柱的优化设计模型

6.2.2 立柱优化设计的APDL程序

6.2.3 立柱的优化结果与验证

6.3 工作台的优化设计

6.3.1 工作台的优化设计模型

6.3.2 工作台的优化APDL程序

6.3.3 工作台的优化结果与验证

6.4 本章小结

第七章 ANSYS的二次开发功能

7.1 二次开发功能概述

7.2 ANSYS参数化设计语言APDL

7.2.1 APDL的简介

7.2.2 APDL的功能

7.3 ANSYS用户界面设计语言UIDL

7.3.1 UIDL的结构

7.3.2 UIDL的调用

7.4 ANSYS二次开发的实现

7.4.1 二次开发的主要流程

7.4.2 菜单开发

7.4.3 编写对话框

7.4.4 参数化建模

7.4.5 立柱的分析流程

7.5 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 研究结论

8.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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摘要

随着有限元法的不断发展和成熟,其能够有效缩短研制周期,降低开发成本,提高产品的质量和可靠性。因此有限元法已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效方法,是现代工程分析和设计流程的核心,得到了广泛应用。
   本文选用江苏某锻压机床有限公司生产的QC12Y-40×2500液压摆式剪板机为研究对象。首先按照一定的模型简化原则,应用Pro/E软件建立了机架的三维实体模型。然后以有限元技术为基础,利用ANSYS软件建立剪板机机架有限元模型。采用大型通用化有限元分析软件ANSYS作为分析工具,对剪板机机架结构进行静态分析和模态分析,在获得了机架应力及变形的分布情况以及机架自由状态下的固有频率的同时,也对其振动特性进行研究,并分析比较了各频率对机架模态的影响。在满足强度和刚度条件下,通过优化机架几何尺寸及其各部分板厚使其所用材料为最少。并根据静力分析结果和机架整体结构,建立机架部分结构的参数化模型,选取机架部分几何尺寸和各组成部分的板厚作为设计变量,在满足强度和刚度条件下,以机架的体积作为目标函数,采用零阶方法对机架进行了结构优化,达到最大限度的重量减轻。最后对ANSYS软件进行二次开发,使用UIDL编辑界面程序、APDL语言执行算法程序,并将二者有机结合起来,使软件界面友好、操作方便、运行可靠稳定,为剪板机的设计和改进时进行有限元分析提供了可操作的平台。
   通过本文的研究,掌握了剪板机机架的静动态特性参数,同时通过优化设计减轻了机身的重量,为QC12Y系列剪板机进一步改进、优化设计提供了方法和理论基础,同时通过二次开发,能够为企业提高其设计质量及设计效率,增强效益,具有实际应用价值。

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