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EP-120直驱式电动螺旋压力机身拓扑优化设计

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摘要

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 机身结构分析及设计发展现状

1.3 本课题研究的目的和意义

1.4 论文主要内容

2 有限元模型建立及边界条件施加

2.1 机身

2.2 机身有限元模型的建立

2.3 边界约束施加

2.4 载荷的计算及施加

2.5 本章小结

3 静力分析和模态分析

3.1 静力分析

3.2 模态分析

3.3 本章小结

4 机身拓扑优化

4.1 结构优化简介

4.2 拓扑优化方法

4.3 拓扑优化步骤

4.4 ANSYS机身拓扑优化

4.5 机身优化设计

4.6 本章小结

5 优化前后机身特性分析对比

5.1 优化前后静态特性对比

5.2 优化前后模态对比

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况

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摘要

基于CAE发展起来的拓扑优化设计技术用于产品的开发设计过程中,能够快捷准确地确定产品的初始结构。机身是压力机最基本的组成部分,是压力机中使用金属材料最多、结构最复杂、制造工作量最大、成本最高的部件。本文应用ANSYS拓扑优化方法,减轻EP-120直驱式电动螺旋压力机机身自重,以节约制造成本。
  首先,在Solidworks中建立了四种机身模型,然后将机身模型导入ANSYS,对比分析了四种机身建模方案的静力和模态分析结果,最终得出整体建模最能反映压力机工程实际原型特征的结论;基于机身整体模型,建立了机身有限元模型。其次,对机身进行了静力分析,得到机身等效应力云图和等效位移云图;对机身进行了模态分析,提取出机身前六阶固有频率,得到各阶振型图;为以后的拓扑优化提供了理论依据。再次,以ANSYS静力分析结果为基础,设置了五种体积减少比例,对机身进行了五次最大静态刚度拓扑优化;根据拓扑优化结果,在Solidworks中对压力机机身进行了结构优化设计。最后,对结构优化设计后的压力机机身,进行了静力分析和模态分析。将结果与改进前机身的静力和模态分析结果比较,验证了优化后机身满足使用要求。
  压力机机身自重减轻14.43%,即246.52kg,达到了本论文优化目标,节约了制造成本,同时使铸造模具更简单,可降低模具制造成本。

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