基于有限元的龍門銑床力學性能分析與優(yōu)化設計.pdf

1、銑床是一種機床，它可以用于加工各種固體表面，例如平面、溝槽、輪廓加工等。對于龍門銑床生產企業(yè)來說，總是希望機床在具備平衡的動靜力學性能的同時，保持較輕的總體重量和較低的成本。本文以某型龍門銑床為研究對象，利用有限元軟件ANSYS對其進行了力學分析和優(yōu)化設計。
　　 首先將復雜的龍門銑床設計圖簡化，使其適于ANSYS建模。繼而用五種單元建立龍門銑床的有限元模型：實體單元SOLID186、殼單元SHELL281、質量單元MASS21

2、、梁單元BEAM189、剛性梁單元MPC184。針對有限元計算量偏大的問題，組建了并行計算系統(tǒng)，使該問題能在兩臺個人電腦上得到快速解決。
　　 在上述有限元模型的基礎上，對龍門銑床進行了靜動力學分析，繪制了第一主應力云圖，以及三個坐標方向和合位移的位移云圖，找出了機床結構的應力最大點，證明了這是一個線彈性問題。其后對結構進行了分析提取了前4階振型及其對應頻率，為后續(xù)的優(yōu)化設計提供了參照。
　　 基于拓撲優(yōu)化原理，對龍門銑

3、床進行了拓撲優(yōu)化設計。在此基礎上考察了橫梁去角、立柱打孔、增大柱腳三種特征對結構總體的動靜力學影響，并設計出了六種構型方案。驗證了橫梁削去角對剛度影響不大，卻能大幅減小結構總體重量；立柱打孔對于結構的負面影響遠大于正面影響；增大立柱柱腳對于提升對應于橫梁前后擺動振型的模態(tài)頻率有著顯著效果。
　　 最后在最好的構型設計的基礎之上對龍門銑床進行了尺寸優(yōu)化，得到的最優(yōu)方案較原型剛度下降了0.72%，體積下降了36.54%，一階模態(tài)升高