基于拓扑优化与筋板布局的立柱轻量化设计

为了实现机床立柱结构的轻量化设计,对立柱进行拓扑优化研究,根据拓扑优化的材料分布结果设计了立柱的基本外形。根据立柱的外形特点,对比了5种不同类型筋板形式的单元结构,发现W形式的筋板结构材料消耗较少同时综合力学性能较优。选择W形式的筋板对立柱的外形结构进行布局及尺寸优化,得到了最终的立柱结构形式。对新的立柱结构进行有限元分析,结果表明,新设计立柱结构的质量减轻了8.3%,并且其静、动力学性能得到了不同程度的改善,实现了立柱结构的轻量化设计。     

卧式加工中心立柱的轻量化设计研究

针对传统机床立柱设计中存在材料浪费、刚度不足与设计周期长等缺陷,以某卧式加工中心立柱为研究对象,运用有限元法对立柱进行静力学和模态分析,研究立柱的薄弱环节;然后利用Hyper Mesh软件,在保证立柱性能的前提下,以质量最小化为目标对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布结果设计了新的立柱结构,通过对新立柱进行有限元分析,结果表明,立柱的质量减轻了7.88%,刚度和固有频率均有不同程度的提高,达到了立柱轻量化设计的目标。     

组合赋权VIKOR法的重型机床动立柱设计优化

针对目前研究人员在进行立柱结构件优化设计时,重点放在立柱局部的结构或尺寸优化方面而对立柱内部筋板结构布局或整体结构布局研究不足,难以满足研发高精度、高可靠性重型机床对立柱高刚度、高抗振性、轻量化等综合需求,提出了组合赋权VIKOR法的重型机床动立柱设计优化方法。该方法综合考虑立柱传统结构、仿生结构、新材料等方面后设计了8种动立柱,然后利用有限元软件对其进行优化并计算了关键性能评价指标数值,最后使用组合赋权VIKOR法找出了最优方案。优化后的动立柱和原方案相比,质量减轻10.4%,1阶固有频率提升74.7%,总体方向静变形量减小31%、热变形量减小13.8%,表明优化后动立柱静态性能和动态性能显著提升,验证了组合赋权VIKOR法的重型机床动立柱设计优化方法有效可行。     

轿车副车架轻量化技术研究及应用

文章将多工况强度分析方法与拓扑优化技术相结合,制定了基于刚度目标及应力约束的轿车副车架结构优化分析流程,并对几种车型的副车架分别进行了结构强度评价分析、轻量化优化分析。工程实际应用表明,采用多工况强度分析方法,能够准确地预测副车架强度薄弱部位,CAE分析与试验结果吻合;采用拓扑优化方法,选取适当的优化参数,可以得到该文给出的减重约15%、符合制造工艺要求的实用减重方案,并适用于全新副车架的概念模型设计,具有较为重要的学术价值及工程实际意义。     

基于拓扑优化的龙门加工中心横梁轻量化设计

以大型铝材构件高速高效龙门加工中心的焊接横梁为研究对象,确定其结构原始方案,并对该方案进行静动态特性分析,获取主轴组件沿机床Y/Z向移动时刀头的位移情况以及横梁的前六阶固有频率和振型。基于变密度法对连续体结构横梁进行了拓扑优化设计,建立了最大刚度设计的拓扑优化模型和特征值问题的结构动力学拓扑优化模型。在Hypermesh/Optisruct中建立了不同优化模型的目标函数、约束条件、优化变量,对横梁的板筋布置、后壁板分别进行的优化。与优化前的结构相比较横梁的重量减轻11.5%,实现了横梁的轻量化设计,同时横梁的综合性能得到了明显的改善。     

大型牛头滑枕式电火花加工机床的动态特性测试与分析

系统阐述了典型大型牛头滑枕式电火花加工机床的动态性能测试和分析方法。用多通道信号采集分析仪对该机床在多个位姿进行了多点激励单点识振的模态测试和模拟工况下的ODS(Operational Deflection Shapes)测试。综合分析模态测试和ODS测试结果可知,该机床在不同行程位置处的动态性能稳定性较差,需通过对机床进行整机机械结构更合理的布局、滑动部件的轻量化设计和提高床身等部件的静刚度等措施来提高机床动态性能的稳定性。     

卧式加工中心立柱有限元分析及轻量化设计

以卧式加工中心立柱为研究对象,首先利用ANSYS Workbench平台构建其有限元模型,并对其进行静动态特性分析.研究分析结果发现立柱过大的质量将影响其整体性能的提升,是原设计的薄弱环节.然后对模型结构尺寸进行了灵敏度分析,得到对立柱性能影响较大的灵敏尺寸,并将其设置为最终优化设计变量.最后以灵敏尺寸作为优化参数、立柱质量作为优化目标、最大变形量和一阶固有频率作为约束条件对立柱进行了轻量化设计,在保证立柱刚度及固有频率的基础上显著地减小了立柱的质量,达到了轻量化设计的目的.     

五轴数控刀具磨床有限元分析及结构优化北大核心

在考虑重力对机床加工精度影响的前提下,以特定构型五轴数控刀具磨床为研究对象,通过对其结构进行有限元分析,发现由于X溜板、Z溜板以及立柱设计的不合理,导致机床在竖直方向存在较大静变形,严重降低了机床加工精度。针对上述零件的不合理设计,将其分别作为优化对象,基于Topology Optimization拓扑优化、形貌优化以及尺寸优化方法,最终确定了X溜板、Z溜板以及立柱的优化结构及关键尺寸参数。优化结果表明,在保证机床静刚度不降低的前提下,整机质量减轻157.6 kg,同时优化后的机床在竖直方向最大静变形为-0.019 7 mm,相较于优化前减少11.66%。最后对优化前后机床的竖直方向定位精度及加工精度进行实验测量,结果表明,与优化前机床相比,优化后机床的竖直方向定位精度及加工精度分别提升约8.85%、5.9%。验证了所优化结构的有效性,从而使整机性能得到了一定提高。     

立式加工中心动力学分析及结构优化研究

研究了通过机床的动态特性分析进行结构优化的方法,提出了一种新的优化设计方案。针对对机床整机模态特性和谐响应特性,在有限元分析软件中对机床动态性能进行了仿真。分析结果表明,主轴箱和立柱为机床敏感部位,因此使用有限元分析软件对主轴箱进行拓扑优化,并且为立柱增加筋板。根据优化结果重新设计机床主轴箱和立柱结构,将优化后与未优化的机床的分析结果进行对比,结果表明机床的动态性能得到明显改善,主轴箱各阶固有频率提高10%左右,机床整机固有频率提高4%左右,x方向上的响应峰值减少约2%。     

面向加工中心动态特性的立柱分析及优化设计

针对加工中心机床VMC850B的立柱进行结构优化设计,提出了一种基于神经网络和遗传算法优化的结构设计方法。基于有限元设计方法,建立立柱的三维模型,并运用ANSYS软件对立柱进行静力学分析和模态分析,采用不同的遗传算法优化结果对立柱进行优化设计,对优化结果进行静动态特性分析。结果表明,在保证立柱刚度和稳定性的前提下,优化后立柱的一阶固有频率有不同程度的提高,有效改善了立柱的动态性能,提高了整机的稳定性,为机床的进一步优化提供了有效的理论依据。     

XK719数控铣床的结构尺寸优化

为了能够有效地提高数控铣床整机的静动态特性,以XK719数控铣床整机结构为研究对象,利用有限元分析方法对整机进行了建模、分析与优化。首先,对数控铣床的整机结构进行了谐响应分析,分析结果表明:该型号数控铣床的第1阶、第2阶固有频率分别为38和48 Hz,低阶频率偏低。其次,对整机各主要零部件的壁厚进行了灵敏度分析,找出对结构质量和第1、2阶固有频率影响较大的关键尺寸。然后,以质量和第1阶、第2阶固有频率为目标函数,以关键尺寸作为相应的设计变量进行尺寸优化。结果表明:在整机的质量基本不变的情况下,达到第1阶固有频率提高了11%,第2阶固有频率提高了12%的优化结果。该设计方法能够为整机的快速设计提供参考。     

基于拓扑优化的薄壁零件装夹布局确定方法

在复杂薄壁件加工过程中,合理的定位点配置可以有效降低加工变形。为了解决薄壁件定位支撑结构的优化设计问题,文章建立了以刚度为目标函数,体积为约束函数的拓扑优化模型。模型将夹具与工件看作同一实体,采取多组件多约束的拓扑优化方法,利用大型商用软件Ansys Work-bench中的拓扑优化设计模块对零件的定位支撑结构进行拓扑优化设计,并对不同支撑条件的变形仿真结果进行了比较,证明了拓扑优化方法在夹具设计中应用的可行性。     

压电磨削测力平台的有限元结构优化设计

压电磨削测力平台结构优化设计的核心是弹性环与传感器三向刚度相互匹配的问题。文章重点介绍了测力平台在力学建模过程中对弹性环刚度的定义，准确得出弹性环结构的优化边界条件。利用有限元分析法建立测力平台的三维实体参数化模型，完成测力平台弹性环的结构优化设计。通过性能标定实验验证，该测力平台的技术指标全面达到CIRP—STCC规定的动态型测力仪标准。     

基于CBR的液压支架立柱快速设计系统

针对目前液压支架立柱设计过程和设计方法的不足,结合液压支架立柱的结构特点,提出了基于事例推理技术的液压支架立柱快速设计系统,并给出了实现方法;建立了立柱事例表示的树状模型,并针对事例相似性计算时相似元的选取问题,给出了具体的相似性计算方案,最后以一个实例验证了该系统的有效性。     

薄壁玻璃钢管DMC压制模的优化设计

通过对薄壁玻璃钢管工艺特性分析,介绍了适合该薄壁玻璃钢管压制成型的特殊模具结构设计及工艺条件。同时通过三维造型、模拟试验,优化模具设计,解决了生产中薄壁管出现的偏心问题。     

双主轴铣削加工中心立柱的静动特性分析及多目标优化

针对采用传统方法设计的立柱静、动刚度存在薄弱和不足的问题,通过建立立柱受力模型,对立柱进行静力分析、模态分析以及谐响应分析,确定立柱静动刚度薄弱的部位和方向;根据分析结果,选取8个结构尺寸为设计变量,以总变形量、前3阶频率加权平均值和质量为优化目标,建立多目标优化数学模型,通过多目标遗传算法和灵敏度分析得到优化结果。结果表明:立柱总变形量减小了5.5%,质量减少了1.2%,前3阶频率加权平均值增加了2.17%,X、Y方向峰值响应分别减小了75.5%、75.44%,达到了优化的目的。     

基于灵敏度分析的预锻模具形状优化设计

以最终锻件的形状为目标,采用塑性有限元、灵敏度分析和工程优化算法相结合的方法,对预锻模具形状进行了设计。针对下模速度为零时,下查形状不能优化有的情况,提出了一种处理速度灵敏度边界条件的方法,该方法可同时对上下模具形状进行优化。针对程度耗时较问题,提出了贮存灵敏度刚度矩阵,减少优化设计变量的方法,大大提高了程序的运行速度。最后,给出了优化设计实例,验证了该方法的可靠性。     

方筒形不锈钢制件拉深模具的优化设计

分析了方筒形咖啡罐杯身模具拉深的工艺特点,介绍了方筒形不锈钢制件拉深模具的完成过程.方筒形不锈钢制件拉深是在圆柱形模具二次拉深的基础上,通过工艺分析和模具设计优化实现的.通过优化设计,简化了模具结构,明确了模具主要零件的设计要点,缩短了生产周期,降低了零件废品率,提高了拉深件表面质量,应用稳定可靠.     

基于ANSYS的磨齿机立柱结构优化

磨齿机立柱动静刚度直接影响机床的加工质量.针对现有立柱动静刚度薄弱的问题,分析立柱壁厚、筋板厚度和高度、后窗口尺寸及双层筋板对立柱结构特征频率的灵敏度,找出对该类型立柱结构动态特性影响较大的设计参数.通过优化敏感设计参数,重新构建立柱模型.仿真结果表明:与原立柱相比,优化后立柱结构的动静刚度特性得到显著改善.     

曲轴连杆式液压马达静压支承连杆瓦结构优化

本文以静压支承连杆瓦的抗干扰能力作为优化目标，将其结构设计转化为一个参数优化问题，并利用MATLAB的优化工具箱实现了IJMD-100B型曲轴连杆式液压马达静压支承连杆瓦的结构设计，简化了设计过程，从而避免了手工计算的反复校验过程，并得到了两个具有指导意义的结论。