基于workbench的某型压力机机身的机械性能分析开题报告

全文总字数：2246字

1. 研究目的与意义

自我国加入WTO和改革开放以来,国民经济飞速发展,各行业对锻压机械压力机，尤其是开式压力机的需求越来越大,国内外压力机市场竞争异常激烈。世界许多压力机生产厂家都把精力集中在开发高速度、高精度的高端压力机上,研究的方向不仅在机身上,而且己经转移到整个压力机优化装配上,研究的手段不仅限于计算机仿真,而且应用了许多有效的实验模拟装置。我国压力机的分析水平还不高,长期以来还停留在传统的材料力学的方法上,为了减轻整机的重量,缩短产品开发制造周期,保证产品质量,很多厂家的压力机机身采用板块式框架焊接结构。对于这种大型结构构件的设计,传统的方法是运用经典的力学方法对机身进行受力分析,此时必须对其构件结构作大量的简化,计算过程也很繁杂,所得结果亦与实际情况相差较大,不足以对机身的强度与刚度作精确分析,这样就可能导致机身过于笨重、关键部位强度、刚度不足以及不能进行动态特征的计算等缺陷。随着电子技术、计算机技术与机床技术的结合,强烈要求分析设计内容完善化、目标最优化、过程动态化等，只有这样,才能提高我国压力机的产品质量和国际竞争力,推动我国的民族工业发展。本课题从开式压力机着手,在有限元分析软件平台上,对该型号压力机机身进行了静态、模态分析,对其尺寸进行了优化。采用模态分析技术获得机床结构的模态固有频率和振型,从而实现对机床结构的改进和优化设计。选取机身部分几何尺寸和各组成部分的板厚作为设计变量,刚度和强度为约束条件,以机身的体积作为目标函数采用临界方法对机身进行结构优化,最大限度的减轻重量,降低生产成本。我们引入现代设计理念与手段,利用有限元法进行静态、动态特征的计算,对机身作全面的校核,对压力机机身的优化方法进行探索,实现真正意义上的设计。借用大型结构有限元分析软件对一压力机机身进行受力分析与结构分析,对提高压力机的打击次数、动态性能和加工工件质量、延长模具寿命等都有非常重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

1965年有限元这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了五十多年的发展历史，理论和算法都日趋完善。上世纪60年代，有限元的理论处于发展阶段，分析的对象主要是航空航天设备结构的强度、刚度以及模态试验和分析问题。70年代初，为了更好地满足市场需求以及适应计算机技术的高速发展，程序发生了很大的变化，非线性，子结构以及更多的单元类型被加到子程序，它大大的简化和加强了程序的功能、性能和前、后处理能力，基本上满足了用户的需求，解决了成千上万的实际工程问题。到现在，ANSYS的功能更加强大实用，更加便利。当今能够有限元发展的一个重要的趋势是与常用的CAD软件的集成使用，通俗地说就是用CAD软件完成零部件的之后，可以直接将模型传输到CAE软件当中进行分析与计算，直到计算的结果满意为止。国外针对压力机等锻压机械的有限元分析开始于上世纪八十年代，主要集中在开式压力机和螺旋压力机，通过建立压力机不同复杂程度的工程模型，并通过实验验证模数和参数，对压力机进行计算机仿真和动态分析。国外对于压力机的机身也有所研究，德国的 M.Neumann 和 H.Hahn 建立了机械压力机的三种不同复杂程度的工程模型，并通过实验进行验证模型的参数，从而对压力机进行计算机仿真和动态设计。丹麦的 M.Arentoft，M.Eriksen 和T.Wanheheim 设计了一种压力机实验来确定了压力机的六个刚度，从而为压力机的设计提供了有益的帮助。我国已经逐步摆脱使用经典的力学方法，虽然好存在着许多的问题，研究方法相比于过国外也显得落后与粗放。但研究的方向已经从静态逐渐转向动态，方法也从经典力学转为有限元分析，机身的设计水平已获得极大提高。李陪武等以 J53-1600 型双盘摩擦压力机为例，较为全面地分析了中心载荷、扭转载荷和偏心载荷对机身强度和刚度的影响，提出了允许偏载域的概念及一些解决问题的方法与设计准则。史宝军、管延锦等对压力机的强度和刚度进行了研究，并结合机身的结构特点，分别采用了许多措施,使机身的结构更合理。

3. 研究的基本内容与计划

1~3周（1月4日~1月24日）查阅相关资料，完成开题报告。安装并开始学习proe，cad，ansys等软件，仔细阅读相关资料并吸收消化，开始尝试用proe对压力机建模。

4~7周（2月25日~3月11日）熟悉并能熟练运用ansys软件，利用ansys初步导入压力机机身模型，对其进行静力分析,计算压力机机身各点处等效应力,进行强度校核,为保证精度,还要进行刚度校核对喉口和工作台连接产生应力集中的部位进行结构优化,并提出修改方案。

8~13周（3月12日~4月16日）利用有限元分析软件对压力机机身进行模态分析,主要研究机身结构的振动特性以确定自然频率振型,为动态性能优化奠定基础,同时避免由于共振对压力机的破坏。

4. 研究创新点

利用pro/e建立一种压力机机身的实体有限元模型，考虑机身的具体受力方式，对不同的构件进行合理的简化和近似，并将模型导入ansys中，进行静态、模态分析。

压力机机身的结构设计和开发正由经验、类比、静态设计阶段，步入建模、优化、动态设计阶段，能在计算机工作平台上在虚拟环境下实现机身的动态虚拟设计。

这些新技术的研究、应用和推广对于机身结构动态性能的改善、开发周期的缩短和开发成本的降低无疑是十分重要的。