揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(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) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 指 導(dǎo) 教 師 完 成 日 期 2014年 6 月 2 日 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(duì)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(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義本論文以壓力機(jī)機(jī)身為研究對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)論文的研究?jī)?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AbstractThe 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 目錄中文摘要 IAbstract II第一章 緒論 11.1 國(guó)內(nèi)外壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 11.1.1國(guó)外壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 11.1.2國(guó)內(nèi)壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 11.2 有限元分析方法 21.2.1 有限元理論 21.2.2 有限元分析軟件的簡(jiǎn)介 31.2.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有限元運(yùn)用 41.3 課題來源及選題的目的和意義 41.3.1 課題來源 41.3.2 選題的目的和意義 41.3.3 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 72.1 機(jī)身簡(jiǎn)介 72.2.1 單元類型的選擇 82.2.2 網(wǎng)絡(luò)的劃分 92.2.3 邊界條件的施加 92.2.4 材料特性 112.3 計(jì)算結(jié)果分析 112.3.1 應(yīng)力和變形要求 112.3.2 應(yīng)力和變形圖形顯示 122.3.3 應(yīng)力分析 142.3.4 變形分析 152.4 本章小結(jié) 15第三章 機(jī)身結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 163.1 優(yōu)化分析 163.2 優(yōu)化方案一 163.3 優(yōu)化方案二 183.4 優(yōu)化方案三 203.5 優(yōu)化方案四 223.6 選擇最佳方案 243.7 本章小結(jié) 25第四章 機(jī)身的模態(tài)分析 264.1 模態(tài)分析概述 264.1.1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ) 264.1.2 模態(tài)分析原理 264.2 對(duì)機(jī)身進(jìn)行模態(tài)分析 274.2.1 自由模態(tài)分析 274.2.2 自由模態(tài)描述 314.2.3 約束模態(tài)分析 314.2.4 約束模態(tài)描述 354.3 本章小結(jié) 36第五章 結(jié)論和展望 375.1 結(jié)論 375.2 展望 37致謝 39參考文獻(xiàn) 40IV陳建平 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) 第一章 緒論1.1 國(guó)內(nèi)外壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r機(jī)械行業(yè)是國(guó)民產(chǎn)業(yè)中極其重要的基礎(chǔ)行業(yè)[1]。

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)壓力機(jī)需求也越來越多，國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(duì)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力1.1.1國(guó)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(guó)的舒勒(SCHULER)壓力機(jī)公司發(fā)明生產(chǎn)出世界第一臺(tái)自動(dòng)化壓力機(jī)[3]美國(guó)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 machine[4]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(guó)紛紛研制高速壓力機(jī)1953 年德國(guó)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 150rpm[5]后來美國(guó)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(guó)家都是傳統(tǒng)的制造強(qiáng)國(guó)，其中以日本、美國(guó)和德國(guó)為主現(xiàn)在和日本、德國(guó)并稱為世界三大高速壓力機(jī)生產(chǎn)基地[5][8]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(guó)內(nèi)壓力機(jī)發(fā)展?fàn)顩r國(guó)內(nèi)高速壓力機(jī)是上世紀(jì) 80 年代開始從國(guó)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(guó)第一臺(tái)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(guó)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/min[10]。

目前，由于國(guó)內(nèi)材料技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)存在差距，國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力；國(guó)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(guó)內(nèi)產(chǎn)品精度相對(duì)先進(jìn)技術(shù)較低；由于國(guó)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(guó)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(duì)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(duì)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。