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拓扑单层热压机框板优化设计

收藏本文 2024-03-18 点赞:3241 浏览:7818 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:单层热压机框板的优化设计属于企业工程项目探讨领域,课题来自北方重工集团有限公司(以下简称北方重工)的新产品开发项目。三缸反压式单层热压机是北方重工新开发的产品,该产品由于需要承受大的载荷,工况比较恶劣,所以该产品重量较大、成本相对较高,迫切需要减轻重量,降低成本。在热压机的整体构成中,框板在热压机中占了50%左右的重量,对框板进行优化设计可以有效减轻设备重量,大幅度降低成本,以而增加产品的竞争力。结构拓扑优化策略是一个非常有效的减重策略,与尺寸优化和形状优化相比,拓扑优化的经济效益要更大。本论文结合企业实际不足,探讨了基于结构拓扑优化的单层热压机框板的优化设计策略,并运用该设计策略实现了单层热压机框板的优化及轻量化设计。具体探讨内容如下:(1)结构特性浅析及建模:对热压机和框板结构进行浅析,得出准确的载荷分布、约束条件等基本信息。(2)拓扑优化的概念模型设计:采取基于有限元法的结构拓扑优化技术,根据热压机的典型载荷工况及结构特点,对框板分别进行单载荷、多载荷的二维拓扑优化和三维拓扑优化,得到不同条件下框板的材料分布图,并对优化结果和历程曲线进行浅析判断,形成拓扑优化的概念模型。(3)结构详细性能设计:按照体积减少15%的拓扑优化的概念模型,为了确定最佳尺寸,对框板进行尺寸优化设计。利用ANSYS软件的尺寸优化模块,对框板上部、下部开孔及倒角的尺寸进行优化,确定最终尺寸。(4)优化性能评价:比较浅析该框板结构的优化前后的刚度质量比、应力、安全系数,证明优化后的框板结构优于原结构,表明拓扑优化论述用于热压机框板的优化设计时可行的。最终得到的框板结构,在保持刚度质量比和安全系数不变的前提下,框板零部件的重量减轻了16.5%,热压机设备总体重量减轻了8.88%,总体减重67.2吨,解决了新产品的设备重量过大的不足,优化后的框板结构得到了企业的认可。关键词:热压机论文框板论文拓扑优化论文

    摘要4-5

    Abstract5-7

    目录7-9

    引言9-11

    1 绪论11-16

    1.1 探讨的背景和作用11-12

    1.2 探讨的近况12-14

    1.3 本论文的主要工作14-16

    2 单层热压机框板的结构优化设计16-25

    2.1 热压机的进展概述16-18

    2.2 热压机框板设计浅析策略的进展近况18-19

    2.3 热压机框板优化的数学模型19-21

    2.4 框板优化的设计策略21-23

    2.4.1 优化准则法21-22

    2.4.2 数学规划法22-23

    2.4.3 有限单元法23

    2.4.4 拓扑优化策略23

    2.5 本章小结23-25

    3 结构拓扑优化的基本论述及软件实现25-43

    3.1 结构优化设计25-30

    3.1.1 结构优化设计的进展25-26

    3.1.2 结构优化设计的分类26-30

    3.2 结构拓扑优化的基本论述30-36

    3.2.1 结构拓扑优化的原理30

    3.2.2 结构拓扑优化的基本论述30-33

    3.2.3 结构拓扑优化的有限单元法33-34

    3.2.4 结构优化设计的数学模型34-36

    3.3 有限元浅析采取的软件及其实现36-38

    3.3.1 ANSYS软件介绍36-37

    3.3.2 有限元浅析的实现策略37-38

    3.4 工程结构拓扑优化设计的实现38-42

    3.4.1 拓扑优化设计的实现流程38-40

    3.4.2 结构拓扑优化历程的程序实现40-42

    3.5 本章小结42-43

    4 单层热压机框板优化的探讨43-78

    4.1 单层热压机的结构及特点43-48

    4.2 设计要求和工况荷载48-51

    4.3 框板的结构拓扑优化51-64

    4.3.1 拓扑优化基本步骤51

    4.3.2 优化目标及约束条件51-53

    4.3.3 单载荷工况结构拓扑优化53-57

    4.3.4 多载荷工况结构拓扑优化57-59

    4.3.5 三维结构拓扑优化59-62

    4.3.6 结构拓扑优化密度云图的浅析62-63

    4.3.7 拓扑优化概念模型63-64

    4.4 框板优化的结构设计64-72

    4.4.1 结构设计初步案例64

    4.4.2 框板上部开孔尺寸优化设计64-67

    4.4.3 框板下部开孔尺寸优化设计67-70

    4.4.4 开孔倒角尺寸优化设计70-72

    4.5 框板结构性能评价72-77

    4.6 本章小结77-78

    结论78-79

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