1、毕业论文 文献综述 机械设计制造及其自动化 基于 ANSYS 的锻压机上横梁结构改进设计 机械工业中 ,锻压机床是工业基础桩的重要组成部分 ,其发展水平、拥有量和构成比不仅对锻压生产起关键作用 ,在航空航天、汽车制造、交通运输、治金化工等等重要工业部门得到广泛的应用，而且锻压机的发展水平在一定程度上反映一个国家的工业水平 ,目前先进工业国家锻压设备所占的比重在全部机床拥有量的 30 %以上。任何一个工业发达国家，其锻压机床的技术水平和拥有量，是其工业发达水平的重要标志。我国锻压机床经半个多世纪的发展，通过国家经济建设“七 五”、“八五”、“九五”、“十五”规划的实施，已经从只能生产单机（诸如各
2、种普通、专用压力机、液压机、锤）发展到能够生产装备机械化、半自动化和自动化锻压生产线，大重型锻压机和具有各种特殊功能的先进特种锻压机床。超万 吨大 型锻压机，由于载荷大偏载难免，其大型锻压机的上、下横梁、动梁、拉 杆、压套等关键部件设计中的强度、刚度问题特别重要。在进行锻压机所有关键部件的强度、刚度校核过程中，必须要对上横梁采用单件反复进行校核、优化的同时，又采用了六种不同方式处理上横梁与整体装配的关系，并进行校核，才能保证其机构是可靠 的合理的。所以说上横梁结构恰恰正是锻压机的重要部件。而本文中 研究了液压机横梁的结构特点及设计方法 ,提出利用结构优化设计方法对横梁进行结构设计 ,并对其中的
3、一些关键理论和技术进行了研究 ,包括横梁结构的有限元分析、优化方法选择、敏度分析和结构重分析 。 本文中所用到的 ANSYS有限元分析软件是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。 1960 年，克拉夫（ Clough）在他的一篇论文“平面分析的有限元法（ The Finite Element Method in Plane Stress Analysis）”中最先引入了有限元（ Finite Element）这一术语。这一方法是结构分析专家把杆件结构力学中的位移法推广到求解连续体介质力学问题（当时是解决飞机结构应力分析）而提出来的。这一方法的提出，引起广泛的关注，吸引了众多力学
4、，数学方面的专家学者对此进行研究。 有限元法之所以能在 1960 年立刻获得成功，一是 Clough 从结构力学方法推导的刚度矩阵易于为广大工程师接受，而有限元法最初也被称为矩阵近似方法；二是在于这个方法所包含的大量数值运算，而这可以由新发展起来的数字计算机来完成。 然而从 CFD 软件制 造厂商来讲，在国外 FLUENT（ ANSYS）的市场占有率遥遥领先于其他厂商，目前这个趋势没有任何变化。 ANSYS 公司收购 FLUENT 后， ANSYS 拥有 FLUENT1 和 CFX及 ICEM CFD等优秀 CFD分析及前处理软件，使得 ANSYS公司成为世界最大的 CFD软件开发商和服务商，
5、这是自 2006 年来的一个新变化；两个著名 CFD 软件合并到一家公司后，优势可以互补，开发效率更高，技术更全面。所以运用 ANSYS 这一强大的有限元分析程序必将对机械制造产业有强大的帮助，同时我们相信，在不久的将来，国内外业界都将利用 ANSYS 软件来进行壳体外形结构优化的研究和设计。 一个有限元程序包往往包括了各种各样的单元（即单元库），并包括了许多材料的本构关系（即材料库），使用者可以根据需要选择和组合；通用化是一个通用程序同时又解决静力分析、动力分析、热传导、电场等各种问题的模块；输入智能化、图形化是计算机辅助输入，只要输入轮廓边界的关键点及计算所需节点数和单元类型，即可自动进行
6、单元网格划分，并且其结果以图形方法表达出来。这样可以快捷，直观且易于发现错误而及时改正；输出结果可视化是计算所得的应力场、位移场、流态场等均可用多方位，多层次的图 形或图像表示出来，非常直观，便于分析判断，有些学者称之为仿真或数值分析。 2010 年 4 月在水利工程学院就发表过一篇 ANSYS 土石坝有限元分析的文章从土的应力应变关系，非线性分析方法到土石坝在静、动力作用下的应力应变和渗流等有限元分析，以及计算成果在土石坝设计中的应用。另外在 2009 年 4 月，张洪才就发表了一篇：基于 ANSYS 的钢板冲压回弹分析，文中就谈到利用有限元软件模拟金属板料冲压成型过程及其回弹量。于本文也有
7、异曲同工之妙。同时，利用 ANSYS 软件进行的学术研究不仅仅局限在实体方面，在数据软件，气体方面都有涉 及。如在国内也有做过利用ANSYS 对天线结构 CAE 平台的开发，还有基于 ANSYS 的热分析。热分析是利用计算一个系统或部件的温度分布及其它物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度等。而利用 ANSYS 热分析基于能量守恒原理的热平衡方案，用有限元计算各节点的分布，从而导出其他热物理参数。 当然，没有什么事是一帆风顺的，就本课题而言，国内外的研究学者前辈们也相继碰到过不少问题。首先基于 ANSYS 几种建模方法的选择是整个研究的第一步，而对这一步的正确选择往往对整个项目起到决定
8、性的作用， 该软件主要包括三个部分 :前处理模块，分析计算模块和后处理模块 。 实体建模又有如下几种选择： 利用 ANSYS 软件的菜单功能进行建模 ,CAD模型导入 ANSYS中 ,以及命令流建模和 APDL语言参数化建模等几种建模手段的方法和技巧。 然而因为 ANSYS 软件在三维画图，构建模型的功能方面还不是很强大，或者说我们还没有很熟练，所以一般会选择利用 CAD 或者 PRO/e 软件事先进行造模，容纳后导入的方法进行建模，但是导入往往会出现一些技术性的问题，导致 ANSYS程序识别读取不了。所以如何合理的选择正确的建模方式，将直接影响到后续的计算分2 析操作。其次还将会 遇到一些关
9、于 ANSYS 软件具体操作的技术性问题，最直观的便是此软件目前在国内来讲还没有正式的中文版本，所以对软件的操作和利用有一些语言方面的障碍。 总而言之，利用 ANSYS 对锻压机的上横梁结构进行设计优化这一选题将是一篇即实用又有一定的学术研究价值的题目。相信在对 ANSYS 软件的学习和研究之后，能够更好的提高上横梁的外形结构，达到锻压机生产效率和经济效益的提高。 参考文献 1 骆念武 ,申远 ,竺长安 ,等 .基于有限元分析的液压机上横梁结构改进设计 J/OL 中国制造业信息化门户 ,2009-5-27 http:/pera.e- 2刘洁 ,张和平 .基于 ANSYS 参数化语言的机械结构优
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