机构架体优化设计.doc

《机构架体优化设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、机构5.1引言架体优本文所研究型号钢管水圧机步进机构结构复朵.包含零部件较多，因此，在开发设计过程当中，设计人员为了保证各部位的强度和刚度满足使用要求.设计安全系数往往取值较犬，造成了材料的浪费’本章正是基于上述问题，并以有限元软件ANSYS中的优化设计模块为研究平台，在不改变步进机构己有结构的前提下，对机构架体进行了拓扑优化，力求寻找材料的最佳利用方案。为了保证优化前后强度和刚度依然满足设计使用要求，本章还对优化前后架体分别进行了非线性静力学分析。5.2机械优化设计概论5.2.1机械优化设计的槪念优化设计是现代机械设计方法"的車耍组成部分•

2、其基本思想足：以一般的设计理论和设计方法为基础，并遵循国家标准和设计规范.将实际匸程设计问题按需耍转化成数学模型.於后利用计算机优化技术找出最优的设计方案或尽可能完善的设i十结果。优化设计工作筑布包含两部分内容：1、将优化对象从物理模型转变为数学模型在建立数学模型的过程中.需耍从已有参杀中选取设计变量，并确定冃标换数，还需根据实际工况给出约束条件。目标函数即为优化对象所要优化的最优指标和设计变升之间的函数关系式。2、选取适当的优化方法求解数学模型可归结为在己知的限制条件（如约束条件）下求解冃标函数的极值或垠优值问题。ANSYS中的拓扑优化技术

3、，可用于确定系统的饋佳几何形状，其优化思想是让系统的材料发挥最大的应用率，同时保证满足工程当中的实际需要，如在保证整体刚度的同时，需满足口摭频率等条件F获得的极大或极小值•目而工程实际应用中，拓扑优化主耍应用于线性静力分析和模态分析中。5.2.2机械优化设计发展概况自上世纪60年代以來，逐渐形成了以数学规划为基础，以计算机为手段，具有-整套理论和方法的优化设计这一学科，英在建筑、化工、机械等工程领域开始得到应用。Z后，其应用领域日益广泛，并与设计匸作密切结合，形成了机械优化设计学科3】，为匸程设计带来了突破性的进展・今天，优化设计的采用，已经

4、成为衡量机械设计水平的重耍标志之1。近几十年来，计算机辅助设计即CAD(ComputerAidedDesign)山于引进了优化设计，促进了其学科的发展。机械优化设计通常包括机构优化设计.机械零部件优化设计、机械结构优化设计和机械系统优化设计邹范畴.在我国，机械优化设计虽然起步较晚，但发展较为迅速，近三四十年來，无论是在理论上还是在实践应用中都取得了一定的成果.另外，我国学者和专家开发了不少实用优化程序，研制了一些机械优化设计软件，例如：“常用机械零部件及机构优化设计程序库PLODM”、“优化设计系统ODS”等。这些轶件推动了优化设计的应用、普

5、及和推广。5.3优化前架体非线性静力学分析5.3.1模型建立本章机构架体实体模型采用Pro/E建立，建模过程中，忽略焊缝，认为焊接结构强度满足要求.实体模型如图5-1所示.有限元模型中，所有钢板均采用三维实体单元SolidAS单元來模拟。该单元用于构造三维实体结构.E兀通过8个“点来定义，每个节点有三个沿xyz方向平移的自由度,单元共有塑性、嫦变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力。材料的杨氏模猷为2M1,泊松比为0・3,密度为7850。图5-2即为架体的有限单元模型。图5-1实仮模型Fig.5-1Entitymodel图5-2架体有限元模型

6、Fig.5-2Thefiniteelementmodeoftheframe5.3・2施加荷载并求解本文根据机构的实际匸作状况.釆用机构架体左部行走组立全约柬.右部行走组立约束y向位移和z向位移・为便于有限元软件ANSYS进行非线性静力学分析，木文将架体匕其余零部件所受重力等效成集中载荷施加到架体相应位置.另由笫四童可知.保证机构架体在任盘工况下均不发生失稳.技荷应满足钢管对中卡紧1•况.故本敢只需对钢管对中卡紧丁况进行非线性静力学分析即町得到所需应力值和应变值.实际工作中架体所受戦荷有：5.3.3结果分析通过后处理器可以査看架体变形图以及X、

7、Y・Z向节点应力云图如图5・3-5・6所示。Jixn图57优化前聚体变形图Fig・5・3DefoniiationmapoftheframebeforeoptimizationIS5-4优化祈架体XG节点应力云图Fig.5-4XtothenodeStressmapoftheframebeforeoptimizauonmomlxurnaiSUB・7TMrlSY

8、eframebeforeoptimizationKDALSCUTTOJ.63WHX-aeot*ceJIMI图5-6优化祈2向节点应力云图Fig.5-6Z(othen