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《基于AnsysWorkbench的立式加工中心床身有限元分析和優(yōu)化設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、、I遘訇似基于AnsysWorkbench的立式加工中心床身有限元分析和優(yōu)化設計Finiteelementansysanalysisandstructureoptimizationforthebodyofverticalmachiningcenterbaseonworkbench汪宇，王東方WANGYu，WANGDong—fang(南京工業(yè)大學機械與動力工程學院，南京210009)摘要：簡要介紹運用PROE和ANSYSWORKBENCH進行床身的有限元分析的方法，對床身的位移場和模態(tài)進行了分析，并且根據(jù)分析的結(jié)果對床身進行了輕量化設
2、計，在保持床身變形基本不變的情況下，顯著的減輕了床身的重量，床身的低階頻率也有了一定的改善。關鍵詞：W~RKBENCH；床身；有限元分析；優(yōu)化設計中圖分類號：T@502；TH112文獻標識碼：A文章編號：1009一O134(2009)09—0129—030引言度，應該使有限元模型盡量簡化。同時建立有限元模型時，應合理選擇單元類型，并在編排節(jié)點時，機床床身是機床的重要支承部件，起支撐各種盡量減少相關單元的節(jié)點號差、帶寬，以減少資料零部件的作用。機床床身結(jié)構的動態(tài)性能將直接影存儲量。ANSYSWorkbench和PROE具有直接的響到機
3、床的加工精度、精度穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。為保雙向接口，可以在PROE中建模然后再導入證機床高速、高效、高精度的設計要求，機床床身必ANSYSWorkbench進行計算。須具有足夠的靜態(tài)剛度和良好的動態(tài)特性。目前，國1．1建立物理模型內(nèi)對機床支承件一般采用經(jīng)驗設計，有關機床床身的設計參數(shù)對其低階固有頻率影響的動態(tài)特性分析床身的實際結(jié)構很復雜，有繁多的筋板、曲面、卻考慮不多，因此機床床身的模態(tài)分析至關重要。窗孔，各處厚度不相同，幾何形狀也多變。為了適ANSYSWorkbench是新一代CAE分析環(huán)境和應有限元計算，必須將其簡化處理，略去許多
4、不影應用平臺。它提供了統(tǒng)一的開發(fā)和管理CAE信息響床身剛度的細微結(jié)構(如小倒角、小圓弧、小凸的工作環(huán)境。ANSYSWorkbench包括了CAE建模臺等)。簡化后的床身模型如圖1所示。工具DesignModeler，分析工具DesignSimulation，優(yōu)化模塊DesignXplorer等。Workbench還提供了這些環(huán)境之間相互操作和控制信息傳遞的流程，并且能夠方便地切換到經(jīng)典ANSYS環(huán)境。本文利用PROE進行物理模型的建立，然后導入ANSYSWorkbench進行了床身的有限元分析，利用DOE方法對機床床身進行基于頻率和
5、剛度約束的優(yōu)化，即從滿足頻率約束以及剛度約束的結(jié)構中系統(tǒng)地刪除低效材料來獲得結(jié)構的基頻約束、剛度約束、重量最小化的優(yōu)化。圖1床身簡化模型1有限元分析在機床建模過程中對筋和壁厚采用參數(shù)化建在不影響計算精度的前提下，為了提高計算速模，用來對后邊的優(yōu)化設計做鋪墊。收稿日期：2008—12—19作者簡介：汪宇(1982一)，男，吉林人，在讀碩士研究生，研究方向為機械設計及理論。第31卷第9期2009—09[1291、l生訇化1．2床身靜剛度分析表1機床床身前5階固有頻率及相應振型床身分析過程中，邊一階二階二階四階五階界條件的正確確定和設頻率
6、256．6364．1405．6489．7536．4置是正確分析的必要條振犁在XY平面內(nèi)繞Y軸扭轉(zhuǎn)XZ半面內(nèi)在Yz平面彎在Yz平面內(nèi)彎彎曲并繞x曲彎曲并繞x件。通過機床主電動機功軸扭曲軸扭曲率和機床加工工件的最大尺寸，以及主軸轉(zhuǎn)速，計算機床的額定扭矩和額快，但要求比Subspace法內(nèi)存多大概50％。Block定力，由Fx：Fy：Fz=0．3：0．5：1．0得到3個切削分力，計Lanczos法采用稀疏矩陣方程求解器i1。算立柱，床鞍，主軸箱等構件的重量并將上述重量得該機床床身前5階固有頻率、頻率、振型如表1所示，前二階模態(tài)變形結(jié)果如圖
7、3、圖4所示。均作為作用在床身上的附加質(zhì)量處理，即在相應坐標位置創(chuàng)建質(zhì)量單元模擬其質(zhì)量，或者作為作用在床身上的附加載荷處理。1_2．1約束條件床身通過10個地腳螺釘與地基固定，簡化為在地腳螺釘面上加全約束，以達到約束的目的。1．2．2網(wǎng)格的劃分由于機床機構過于復雜，采用WORKBENCH自動劃分網(wǎng)格，在Workbench中一般不需要選取單。。。元類型，劃分方法是HexDominant運用的是四面體圖3機床床身l階模態(tài)云圖與六面體結(jié)合的劃分方式，由于在導軌處有許多無法簡化的小的階梯，在這些地方采用局部的細化網(wǎng)格的方法來劃分，得：~1
8、
9、44483個單元135144個節(jié)點。床身的位移云圖如圖2所示。’。0O(ram，．：圖4機床床身2階模態(tài)云圖2床身的結(jié)構優(yōu)化ANSYSWORKBENCH提供了基于試驗設計技圖2位移云圖術的優(yōu)化技術，即DOE技術。ANSYSDesign
