J75G-200闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计开题报告

- 1 - 广陵 学院毕业设计（论文）开题报告 学 生 姓 名： 学号： 专 业： 机械设计制造及其自动机化 设计（论文）题目： J75G-200 闭式高速压力机结构 有限元分析及改进设计 指 导 老 师： 2014 年 3 月 20 日 - 2 - 毕业设计（论文）开题报告 1、 结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 1.1 国内外高速压力机发展状况 机械 行业 是国民产业中极其重要的基础行业 1。随着我国国民经济的快速发展，各行各业对压力机需求也越来越多，国内国际市场竞争非常激烈。随着现代科学技术的快速发展，机械行业正从以机器为特征的传统技术时代向着高速化、 高精化和柔性化的信息时代发展，即利用当代高科技信息来装备传统的机械行业 2。我们运用有限元分析技术对 高速压力机 进行结构分析并给出优化方案。本课题的研究主要是为了为提高压力机产品的性能，质量和寿命，降低产品成本提供科学计算分析的依据，增强其产品在市场的竞争力。本课题中的 J75G-200 闭式高速压力机采用两种有限元分析软件 Ansys Workbench 10.0 和 Abaqus 对其刚度和强度分别进行模拟分析 ,得出机身的应力和变形的分布 ,为结构的合理设计提供了可靠的理论依据 3。 高速压力机的发展将近有 100 年的历史。 1900 年德国的舒勒 (SCHULER)压力机公司发明生产出世界第一台自动化压力机 4。美国亨利特公司在 1910 年首创四柱底传动结构的高速压力机，当时称为 dieing machine5。在 1955 年以前该机为高速压力机的代表机型。以后随着电机和电器工业的发展，各国纷纷研制高速压力机。 1953 年德国舒勒公司生产出 1250kN 闭式双点压力机，行程 20mm，行程次数达到 150rpm6。后来美国明斯特（ MINSTER）公司推出的 Pulsar 系列超高速压力机以及日本会 田公司引进瑞士布鲁德勒公司技术生产 AIDA-BRUDERER 系列 BSTA 型高速压力机和 PDAL 系列高速压力机也均采用了上传动方式，不但提高了动态精度，也在一定程度上减少了噪声 78。 随着科学的发展，技术的革新，压力机的品种越来越多，质量越来越好，压力越来越大，精度也越来越高。目前世界上能够生产出一流压力机的主要国家都是传统的制造强国，其中以日本、美国和德国为主。现在和日本、德国并称为世界三大高速压力机生产基地 69。 世界上已经能够设计生产出最大压下能力为 60000KN 的单动压力机、最大 压下能力为 32000KN 的双刀压力机以及最大压下能力为 85000KN 的多工位压力机 10。 国内高速压力机是上世纪 80 年代开始从国外引进技术而发展起来的。目前，生产高速压力机的主要厂家有上海第二锻压机床厂、厦门锻压机床有限公司、诸城锻压机床股份有限公司、宁波机床厂和江苏扬力集团等。我国第一台高速压力机是在 1982 年由 - 3 - 济南铸锻机械研究所和北京低压电器厂共同研制的。该压力机公称力为 600KN，最高的速度可达到 400 次 /min。随后又成功研制了公称力 300KN，最高速度 600 次 /min 的高速精密压力机。跨入 21 世纪后，国内企业中徐州锻压机床厂的高速冲床生产开始形成规模，先后研制成功了 JF75G 系列闭式高速压力机和 V H45 开式高速精密冲床，其冲压速度分别达到 600 次 /min 和 1200 次 /min11。目前，由于国内材料技术和机械加工技术与国外先进技术存在差距，国内高速压力机的发展也受到了相应的制约。其中差距主要表现在高速压力机的可靠性和加工精度上，在高精度的加工领域内缺乏竞争力；国内的自动控制与补偿技术还未较好的应用于高速压力机中，使国内产品精度相对先进技术较低 ；由于国内高速压力机产品主要通过引进技术生产和自我研发较少，故而国内压力机品种和规格较为单一 121314。 1.2 有限元的发展与现状 有限元的的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假象的离散为有限数目的规则单元组合体。实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程进度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。有限元的创立与科学的发展和工业界需求相关。 1953 年， Ray W.Clough 在波音公司分析三角形机翼 振动时，将机翼分成很多片小三角形板，计算的机翼结构挠度与小比例模型试验数据吻合是有限元的雏形。 1955 年， John H. Argyris 提出矩形单元。 1956 年，第一篇有限元文章发表，正式拉开了有限元发展的历史 15。自从 1965 年 “有限元 ”这个名词第一次出现，到今天有限元方法在工程上得到广泛应用，已经经历了四十年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径， 现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃。主要表现如下几方面：增加产品和工程的可靠性；在产品的设计阶段发现潜在的问题；经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本；缩短产品投向市场的时间；模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费161718。 随着电子计算机速度、容量的提高 ,商品化有限元程序越来越广泛地被人们所接受 ,人们 不必再在编写程序上花费大量的精力。不仅如此 ,商品化有限元程序的发展 ,还使用户能够摆脱手工网格划分、逐点输入结点坐标和单元联接信息 ,而且通过屏幕菜单方式 ,得到了良好的人机对话环境和在计算结果分析上鲜明的视觉效果。目前的商品化有限元程序一般分为 3个部分 ,即前处理部分、处理部分和后处理部分。它们通过互交式计算机图形集中到 CAD /CAM系统 19。 - 4 - 有限元方法的一些发展趋势 20： （ 1） 与 CAD 软件的无缝集成 （ 2） 更强大的网格处理能力 （ 3） 由求解线性问题发展到求解非线性问题 （ 4） 由单一结构场求解发展到耦合场问题求解 （ 5） 程序面向用户具有开放性 1.3 ANSYS 软件简介 ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 ANSYS 开发。 它能与多数CAD 软件接口，实现数据的共享和交换，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I DEAS, AutoCAD 等，是现代产品设计中的高级 CAD 工具之一。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。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分 工具，用户可以方便地构造有限元模型。分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了 100 种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可 以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如 PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY 等。 参考文献 1 朱森第 .我国装备制造业的发展和提升 R.开发研究 ， 2009(1)： 6-11 2 肖燕 .信息化为现代制造业驱动未来 J.世界制造技术与装备市场 ， 2011(2)： 99-104 3 张益锋 ， 夏亮 ， 詹俊勇 .J75G-200 型闭式高速精密压力机机身分析 J.安徽水利水电职业技术学院学报 ， 2011， 11(1) 4 张进 .多连杆机械式压力机动力学分析研究 D.合肥：合肥工业大学， 2012 5 刘运玺 .HD-200 高速压力机工作机构的动力学仿真及其机身结构优化 D.山东 ： 山东大学， 2013 6 张益锋 ， 夏亮 ， 詹俊勇 .J75G-200 型闭式高速精密压力机机身分析 J.安徽水利水电职业技术学院学报 ， 2011， 11(1) 7 陈正中 .高速精密压力机特点及其发展趋势 J.锻压机械， 1998， 32(5)： 8-9 8 张宝玮 .中国锻压技术及装备的现状与发展 J.机械工人（热加工） ， 2003， 53(4)： 41-43 9 蒋舒 .高速精密压力机精度分析与试验研究 .D.江苏 ： 东南大学 ， 2010 10 周晓平 .板冲压力机及其自动冲压线 J.一重技 术 ， 1993(4)： 69-74 11 管培鹏 .高速压力机多体动力学研究及仿真 D.南京：南京航空航天大学， 2012 - 5 - 12 王磊 .高速压力机的精度分析与研究 .D.江苏 ： 东南大学 ， 2007 13 黄才元 ， 宋志强 .中国锻压机床的现在和未来 J.锻压装备与制造技术 .2006， 2， 12-17 14 赵升吨 ， 张学来 ， 高长宇等 .高速压力机的现状及其发展趋势 J.锻压设备与制造技术， 2005， (1). 15 王华瑜，初克建 .土木工程有限元程序现状与发展 R.山东：山东省龙口市金泰规划建筑设计有限公司；北京天圆泰工程造价咨询有限公司， 2011 16 傅永华 .有限元分析基础 M.武汉 ： 武汉大学出版社 ， 2003.8 17 李人宪 .有限元法基础 M.北京 ： 国防工业出版社 ， 2002.5 18 杨先海 ， 褚金奎 ， 尹明富等 .有限元数值模拟技术及工程应用 J.机械设计与制造 ，2003(3)： 107-108 19 张晋红 ， 吴风林 .有限元法及其应用现状 D.山西：太原理工大学机械工程学院 ， 2003 20 蒋晨 .基于有限元技术的板材加工机械优化设计与分析 D.南京：东南大学， 2005 - 6 - 毕业设计（论文）开题报告 2、本课题要研究或解决的问题和 拟采用的研究手段（途径）： 2.1 课题的来源 本课题来源于江苏扬力集团有限公司。 J75G-200 闭式高速压力机 是该公司根据市场需求而开发研制的产品。要求我们运用有限元分析技术对 J75G-200 闭式高速压力机进行结构分析并给出优化方案。通过本课题的研究 ， 为提高压力机产品的性能，质量和寿命，降低产品成本提供科学计算分析的依据，增强其产品在市场的竞争力。 2.2 课题分析（研究或解决的问题） 运用有限元分析软件 ANSYS 对 J75G-200 闭式高速压力机 进行有结构静态分析、模态分析以及结构优化设计。利用静态 有限元分析，校核液压机机身部件的强度和刚度，并且根据分析的结果进行结构优化设计以达到降低生产成本，提高经济效益。模态分析可以求出机身振动的固有频率以及相应的振型，分析各种振型对压力机工作状态的影响。这对于了解液压机现有结构的力学特性以及进而改善其结构有重要的意义，为压力机的设计提供了理论和现实依据。主要任务以及要解决的问题是： （ 1） 对 J75G-200 型压力机机身进行三维实体建模； （ 2） 了解 J75G-200 型压力机工作性质和工作状态；对其进行工作载荷分析，确定边界条件及加载方案 ； （ 3） 划分网格，进行有限 元结构静态分析，求出机身的应力和应变分布规律，评价载荷对压力机工作性能的影响； （ 4） 对机身模型进行自由模态分析，求解机身固有频率以及相应的振型等动态参数，分析其对工作状况的影响 ； （ 5） 根据分析结果，在应力集中危险区域采取措施改善应力状况；在低应力区域，改变相关尺寸变量，以达到减轻部件总体质量的目的。重新进行有限元分析，检验改变尺寸后的刚度和强度。重复进行以上步骤，直到获取最佳方案。 2.3 方案定制 （ 1） 先熟悉和了解 Solidwords 软件和 ANSYS 软件； （ 2） 在 Solidwords 里画出 J75G-200 闭式高速压力机 的三维模型； （ 3） 将高速压力机的模型导入 ANSYS 软件； （ 4） 添加材料特性：机底是 QT600-3，密度 =7120 /m3； 横梁 HT300， 密度 =7300 /m3 （ 5） 对单元进行网络划分，遵循 “ 均匀应力区粗划，应力梯度大的区域细划 ” 原则 ； （ 6） 对模型选择自由端和固定端，并添加约束条件； - 7 - （ 7） 对压力机进行加载：设备在工作时承受两个相反方向的载荷，机身所受载荷简化为对机身的两个方向的均布载荷； （ 8） 对压力机进行应力场分析； （ 9） 分析压力 机在加载情况下机身变形情况以及应力和应变分布规律； （ 10） 对机身结构进行结构静态分析优化，评价载荷对压力机工作性能的影响，从而选择合适的机身尺寸和材料厚度，尽量减轻机身的重量； （ 11） 对压力机进行自由模态分析，得到机身结构的固有频率以及相应的振型等动态参数，分析其对工作的状况的影响； （ 12） 通过分析结果，改善应力状况和改变相关尺寸变量，以减轻总体质量，然后进行有限元分析，检验刚度和强度，依次重复以上步骤，直至取得最佳方案。 - 8 - 方案定制框图 课题分析对所做工作进行总结、分析、做 PPT,准备毕业答辩 。 寻找相关资料，如文献，图纸尺寸等 进行三维