开题报告-基于有限元的带钢张力辊架的优化.doc

辽宁工程技术大学 本科毕业设计开题报告题 目 基于有限元的带钢张力辊架的优化指 导 教 师 王远宏 王宏建 院（系、部） 机械工程学院 专 业 班 级 机械11-1班 学 号 1131020103 姓 名 姜海杰 日 期 2015-01-15 教务处印制一、 选题的目的、意义和研究现状1.研究目的辊架在传统设计中，一般初步选定的初步轮廓，根据每个构件的强度，刚度和稳定性所要求的结构计算及原型以及一定量的实验验证，经过很多的改进设计设计方案才最终定型。这种设计方法可行但是效率低下，而且数量较少的比较方案势必不可能达到最优化。在日益激烈的市场竞争中，导致工业产品的设计、厂家越来越意识到：引进优秀新产品比谁都能更快占领更多的市场。为此，CAE方法作为可以缩短产品的开发周期为一个强大的工具，越来越频繁地被设计和生产的产品的各个环节引入以提高其产品的竞争力。2.研究意义：本文主要的研究对象是连退生产线中的张力辊，根据实际的生产流程，求出辊架的受力，主要内容是对张力辊架通过CAE方法进行结构有限元分析，使用三维建模工具SolidWorks进行数字建模，使用SolidWorks 的插件simulation对辊轮架结构进行静应力分析，在载荷作用下遵循框架结构应力分布，位移，应变，安全系数的情况，以强度条件和刚度条件为依据，来选择、验算刚架结构的物理几何尺寸。对刚架的结构进行最优化设计，在保证刚架结构整体性和局部的刚度前提，在满足强度和稳定性前提下，通过将设计变量进行改变，添加设计约束，协调刚架结构各单元的关系，合理利用材料的性能，选用合理截面形状的型材，节省了刚架结构的耗材，减少架体的总体重量，达到轻量化，最终达到降低工程造价的目的。通过毕业设计，使我们进一步巩固、加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化；培养我们独立思考、独立工作和综合运用已学知识分析与解决实际问题的能力，尤其注重培养我们独立获取新知识的能力；培养我们在方案设计、设计计算、工程绘图、文字表达、文献查阅、计算机应用及工具书使用等方面的基本工作实践能力；使我们树立具有符合国情和生产实际的正确设计思想和观点，树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、勇于创新、善于与他人合作的工作作风。3.研究现状早在上世纪50年代末和60年代初，国际社会上某些大公司就已经投入了大量的人力，物力开发出功能强大的有限元分析程序。其中最有名的是1965年美国国家航空和航天局和贝儿航空系统公司（NASA）委托美国计算科学开发的NASTRAN有限元分析系统，除此之外其中非常著名的还有德国的ASKA系统，英国PAFEC系统，法国SYSTUS系统，美国ABQUS系统，ADINA系统，ANSYS有限元分析软件，BERSAFE，BOSOR，COSMOS，ELAS和其他公司，他们占据了优化分析市场的绝大部分。有限元系统的国内独创的应用正在发生着深刻变化。在80年代初，中国已经形成了一批具有高校，科研院所集中在有限元技术的研发和应用系统的趋势。北京大学早期的理论研究SPA，在当时全国引起了非常强烈的影响。在这一历史条件的影响下，国内学者也子啊不停的创新中，开发出来一大批的有限元的程序，如机械紫瑞郑州研究院，大连理工JIFEX，梁国平老师研究的有限元分析系统FEPG和北京市农业机械研究所。在90年代初期，我国进入了大量的外国商业软件，这一现象再次掀起了一股有限元应用的潮流。这对工业化生产提供了有利的条件，我国部分企业将有限元应用到实际的生产中，由于国内高校在基础研究和应用研究和开发有限元技术基础，这些高校和研究所已经成为应用的早期阶段的主要力量，同时也推动了有限元技术在国内的普及，为工业发展带来福音。二、研究方案及预期结果1.研究内容论文大概内容为第一章绪论主要介绍CAE的国内外发展情况及本文主要研究的主要内容及各个章节安排论文研究的意义，第二章为张力辊架的受力分析，主要分析张力辊在工作时张力辊对辊架作用的力，第三章建模分析主要构建辊架的三维模型及对辊架进行SolidWorks simulation分析，得出静应力分析下的应力，应变，位移图。第四章优化分析，主要根据有限元分析的结果对辊架进行优化设计，第五章对机构优化与原有尺寸进行对比分析，第六章结论，总结优化结果及工作展望。2.主要解决的问题：三维模型的建立，辊架受力的计算，辊架的静应力计算，辊架的优化。4. 运用的理论、方法：CAE，有限元分析原理。5.技术路线SolidWorks simulation静应力分析，参考SolidWorks simulation 基础教程并学习。6.预期结果通过对辊架的优化分析，达到既满足辊架的使用安全要求又减轻辊架重量的目的。7.论文框架第一章：绪论第三章：张力辊架的受力状态及分析第二章：辊架的静应力分析第四章：辊架的优化第五章：优化结果对比分析第六章：总结三、研究进度第一周至第三周，完成论文所需要的资料，文献，做好前期准备。第四周，完成开题报告，完成对外文文献的翻译工作。第五周到第七周，学习SolidWorks 软件，进行三维辊架的建模工作。第八周到第九周，完成张力辊架的受力分析，及论文绪论部分。第十周到第十一周，运用SolidWorks simulation对三维建模的辊架进行静应力分析，得出相应的云图。第十二周到第十四周，对辊架进行优化分析，同时编写论文。第十五周到十六周，完成论文，并对论文进行修改。四、主要参考文献1 李汉龙.基于三维CAD的计算机辅助工装设计与管理系统研究与开发D.西安:西北工业大学,2005.2陈敏.机械产品的系列化设计方法研究J.四川轻化上学院报,2003,16(2):6669.3 叶勇, 朱若艳. 基于有限元分析的结构优化设计方法J. 机械, 2004, 31(11): 18-20.4 陈永当，鲍志强，任慧娟，等基于SolidWorks Simulation 的产品设计有限元分析 J. 计算机技术与发展, 2012, 22(9): 1.5 Ireland R C, Torres C R. Finite Element Modeling of a Circumferential MagnetiserJ.sensors and Actuators,2006,129(1-2):197-202.6 Croccolo D.，De Agostinis M，Vincenzi N. An analytical approach to thestructure design and optimization of motorbike forks. PROCEEDINGS OFTHE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART D-JOURNALOF AUTOMOBILE ENGINEERINGJ. 2012，226：D2：158-168.7 范鸣玉, 张莹. 最优化技术基础M. 北京: 清华0-大学出版社, 1982: 10-11.8王青,乌卜义杰,夏冠华.三维CAD/CAM系统二次开发技术J.电工技术与