全自动液压压砖机有限元结构仿真及优化
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摘要
全自动液压压砖机作为压力加工的重要设备,已经成为工业生产特别是陶瓷工业必不可少的装备之一。大型全自动液压压砖机由于其自身结构和承载方式的特点,容易因机械强度、刚度不足以及共振而发生破坏,这使得结构分析与优化成为了大型全自动液压压砖机设计的一个重要内容。本文以WP1700全自动液压压砖机为研究对象,运用三维CAD技术、虚拟样机技术和有限元技术进行了全自动液压压砖机关键零部件的实体建模、虚拟样机建模、运动学仿真、静力学仿真和自由模态仿真,在仿真结果的基础上,对全自动液压压砖机的上横梁结构进行了优化。主要工作内容如下:
(1)应用Pro/Engineer软件建立全自动液压压砖机关键零、部件的三维实体模型。
(2)分析并确定了压砖机在工况下的载荷情况,对机身、上横梁、下横梁进行了静态有限元分析,从而揭示机身的应力和位移分布规律。
(3)应用Pro/Engineer建立了全自动液压压砖机的虚拟样机模型,并进行了虚拟样机的运动学仿真与动力学分析。
(4)利用Pro/Mechanica结构分析模块对机身进行模态分析,得到了机身的固有频率以及相应的固有振型等相关参数,并且对机身的各项动态性能进行了评价。
(5)利用Pro/Mechanica结构分析模块对上横梁进行结构优化,得到在一定目标函数和一定约束下的最优解。
研究表明,对压砖机机身进行三维有限元分析,可以得到精确的静动态特性参数,这对于了解现有的结构特性并进而改善其性能将具有一定的意义,并可为全自动液压压砖机的整体设计提供理论依据。
Full-automatic hydraulic pressure brick machine already become essential equipment in industry manufacture especially in chinaware industry。Heavy Full-automatic hydraulic pressure brick machine is easy to be damaged because of absence of strength,stiffness and vibration due to its structure and force.Thus,the analysis and optimization of structure are an important part of Full-automatic hydraulic pressure brick machine designing.In this paper, WP1700 Full-automatic hydraulic pressure brick machine structure is researched by using 3D CAD,virtual prototype and FEM,kinematics,static and modal simulation are conducted.Further, the Full-automatic hydraulic pressure brick machine's structure is optimized.The main content includes:
(1)The three-dimensional entity model of Full-automatic hydraulic pressure brick machine's critic part is established by Pro/Engineer.
(2)The loading condition in working condition of Full-automatic hydraulic pressure brick machine are analysis and confirm,Carry out static fimite element analysis on the chassis,upper beam and lower beam.The chassis's distributive rule of displacement and stress are reveal.
(3)The Full-automatic hydraulic pressure brick machine's virtual prototyping is established by Pro/Engineer.Kinematical simulation and dynamic analysis are carried out
(4)The modal analysis of chassis is proceeding by Pro/Mechanica,the natural frequencies and corresponding vibration modals of the chassis are obtained.Dynamic ability of chassis is assessed.
(5)The upper beam of Full-automatic hydraulic pressure brick machine structure is optimized by Pro/Mechanica.Optimization effect is acquired in certain target function and definitely restrains.
Research indicate that the three-dimensional Finite element structure simulates and optimizes of the Full-automation hydraulic pressure brick machine can get the accurate static and dynamic behaviour parameter,this will have certain significance to know now available structure characteristic property and improving whose function,and providing the theory basis for the entirely designs of Full-automatic hydraulic pressure brick machine
(1)应用Pro/Engineer软件建立全自动液压压砖机关键零、部件的三维实体模型。
(2)分析并确定了压砖机在工况下的载荷情况,对机身、上横梁、下横梁进行了静态有限元分析,从而揭示机身的应力和位移分布规律。
(3)应用Pro/Engineer建立了全自动液压压砖机的虚拟样机模型,并进行了虚拟样机的运动学仿真与动力学分析。
(4)利用Pro/Mechanica结构分析模块对机身进行模态分析,得到了机身的固有频率以及相应的固有振型等相关参数,并且对机身的各项动态性能进行了评价。
(5)利用Pro/Mechanica结构分析模块对上横梁进行结构优化,得到在一定目标函数和一定约束下的最优解。
研究表明,对压砖机机身进行三维有限元分析,可以得到精确的静动态特性参数,这对于了解现有的结构特性并进而改善其性能将具有一定的意义,并可为全自动液压压砖机的整体设计提供理论依据。
Full-automatic hydraulic pressure brick machine already become essential equipment in industry manufacture especially in chinaware industry。Heavy Full-automatic hydraulic pressure brick machine is easy to be damaged because of absence of strength,stiffness and vibration due to its structure and force.Thus,the analysis and optimization of structure are an important part of Full-automatic hydraulic pressure brick machine designing.In this paper, WP1700 Full-automatic hydraulic pressure brick machine structure is researched by using 3D CAD,virtual prototype and FEM,kinematics,static and modal simulation are conducted.Further, the Full-automatic hydraulic pressure brick machine's structure is optimized.The main content includes:
(1)The three-dimensional entity model of Full-automatic hydraulic pressure brick machine's critic part is established by Pro/Engineer.
(2)The loading condition in working condition of Full-automatic hydraulic pressure brick machine are analysis and confirm,Carry out static fimite element analysis on the chassis,upper beam and lower beam.The chassis's distributive rule of displacement and stress are reveal.
(3)The Full-automatic hydraulic pressure brick machine's virtual prototyping is established by Pro/Engineer.Kinematical simulation and dynamic analysis are carried out
(4)The modal analysis of chassis is proceeding by Pro/Mechanica,the natural frequencies and corresponding vibration modals of the chassis are obtained.Dynamic ability of chassis is assessed.
(5)The upper beam of Full-automatic hydraulic pressure brick machine structure is optimized by Pro/Mechanica.Optimization effect is acquired in certain target function and definitely restrains.
Research indicate that the three-dimensional Finite element structure simulates and optimizes of the Full-automation hydraulic pressure brick machine can get the accurate static and dynamic behaviour parameter,this will have certain significance to know now available structure characteristic property and improving whose function,and providing the theory basis for the entirely designs of Full-automatic hydraulic pressure brick machine
引文
[1]张柏清等.全自动液压压砖机.南昌:江西科学技术出版社,2001.4.
[2]冯长印、钱锦.国内外陶瓷墙地砖自动液压压砖机发展现状及展望.中国陶瓷工业,1999年2期.
[3]韦峰山等.国内开发大型陶瓷液压压砖机采用钢丝缠绕压砖机的优点分析.佛山陶瓷,2001年6期..
[4]林云万.陶瓷工业机械设备.上海:上海交通大学出版社,1989.
[5]王勖成等.有限元法基本原理和数值分析.北京:清华大学出版社,2000.
[6]苟珍玺.钢丝缠绕压砖机的设计和计算.重型机械,1982年9期.
[7]沈炜良等.高速压力机组合机身优化设计.现代制造工程,2005年12期.
[8]吴南星.大吨位钢丝缠绕液压压砖机的设计.中国陶瓷工业,2002年3期.
[9]张峰等.参数化设计的研究现状与发展趋势.机械工程师,2002年l期.
[10]刘贤喜等.机械系统虚拟样机软件原型的应用研究.中国农业大学学报,2002.7.
[11]张继春等.Pro/ENGNEER Wildfire结构分析.北京:机械工业出版社,2004.[12]龚煦光等.基于有限元分析的零部件优化设计研究和应用.北京:机械工业出版社,2002.9.
[13]严隽琪等.虚拟制造的理论、技术基础与实践.上海:上海交通大学出版社,2003.8.
[14]韦有双等.虚拟系统与系统仿真.北京:国防工业出版社,2004.1.
[15]韩文等.缠绕型全自动液压压砖机的模态分析.中国陶瓷工业,2003年4期.
[16]冯瑞阳等.YP1280型压砖机横梁的有限元分析.佛山陶瓷,2002年2期.
[17]张祖芳.开式压力机有限元分析及其优化设计.佛山陶瓷,1999年3期.
[18]罗贤海.陶瓷全自动液压压砖机有限元分析.中国陶瓷工业,1999年2期.
[19]沈鸿等.机械工程手册.北京:机械工业出版社,1982.8.
[20]李伯虎等.复杂产品虚拟样机技术研究与实践.测控技术2001第20卷.
[2l]王立权等.基于虚拟样机的控制系统仿真研究.哈尔滨工程大学学报.2000年第12期.
[22]游骏等.虚拟样机在产品设计中的应用.起重运输机械,2002第6期.
[23王永乐.机械优化设计基础.哈尔滨:黑龙江科学技:术出版社,1987,6.
[24]陈立周.机械优化设计.上海:上海科学技术出版社,1982,6.
[25]范勤等.机械零件参数化设计中的尺寸驱动.武汉科技大学学报,2002年
[26]霍拉德等.有限单元法在应力分析中的应用.北京:国防工业出版社,1978,12.
[27]世界压砖机的研究开发过程.中国建材第一网,2006,10.
[28]张立新,徐长航等.Ansys7.0基础教程.北京:机械工业出版社,2004,7.
[29]徐灏.机械设计手册.北京:机械工业出版社,1991.
[30]王刚,杨莺,刘少军.虚拟样机技术在工程机械领域的应用.机械设计,2003,34(8):11-14
[31]马爱军.Patran和Nastran有限元分析专业教程.北京:清华大学出版社,2004
[32]张永昌.MSC.Nastran有限元分析理论基础与应用.北京:科学出版社,2004
[33]祖旭,黄洪钟.张旭.虚拟样机技术及其发展.农业机械学报,2004,3(2):
[34]赵汝嘉.机械结构有限元分析.西安:西安交通大学出版社,1990
[35]PTC.Pro / ENGINEER User'S Guide.PTC software,2004
[36]William J.Anderson..MSC/NASTRAN interactive training program..New York:J.wiley,1998
[37]The MacNeal-Schwendler Corporation.Basic MSC/NASTRAN Linear Static and Normal Modes Analysis,1997
[38]Bernard J.Maitin.Hee-Sok Park.Analysis of the tonic vibration reflex:influence of vibration variables on motor unit synchronization and fatigue.Eur J Appl Physiol,1997.7.
[2]冯长印、钱锦.国内外陶瓷墙地砖自动液压压砖机发展现状及展望.中国陶瓷工业,1999年2期.
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