大型曲轴车床床身的优化方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN200910047170.4	申请日：	2009.03.06
公开号：	CN101576938A	公开日：	2009.11.11
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G06F 17/50公开日:20091111\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	G06F17/50	主分类号：	G06F17/50
申请人：	上海理工大学
发明人：	汪中厚; 周鹤群; 谢云波; 张立平
地址：	200093上海市杨浦区军工路516号
优先权：
专利代理机构：	上海申汇专利代理有限公司	代理人：	吴宝根
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内容摘要

本发明涉及一种大型曲轴车床床身的优化方法：在三维高端软件PRO/ENGINEER中进行精密三维几何建模，并在其子模块PRO/MECHANICA中进行物理特性，载荷与边界条件的设定。PRO/MECHANICA中的物理模型是从PRO/ENGINEER直接导入而成，并且之间为动态无缝链接，优化过程中几何模型的改变可以直接反应在物理模型中，这样大大节省了优化时间。网格划分是PRO/MECHANICA中自动生成，敏感区域可以进行手工细化。进行有限元计算，找到薄弱环节，并进行优化，最终得到优化解。本方法能减少优化时间，得到精确的结果，可广泛应用在大型曲轴车床床身的优化设计。

权利要求书

1. 一种大型曲轴车床床身的优化方法，具体步骤如下：
(1)建立三维几何模型
使用PRO/ENGINEER进行曲轴车床床身及头架三维几何参数化建模，并对模型进行组装；
(2)载荷，边界条件与物理特性的设定
进入PRO/ENGINEER子模块PRO/MECHANICA，设置力、扭矩、材料特性、边界条件；
(3)网格划分
采用PRO/MECHANICA自动网格划分，在计算敏感区域用手动细化；
(4)有限元求解
采用PRO/MECHANICA的P法进行有限元求解计算；
(5)找到薄弱环节并修改
提取应力、应变和位移的有限元计算结果，寻找影响床身的元素，并进行优化；
(6)选定最优结果
根据实际情况选择对优化效果评定的标准，并进行筛选最优结果。

说明书

大型曲轴车床床身的优化方法
技术领域
本发明涉及一种用三维软件进行车床床身优化方法。
背景技术
随着工业的不断发展，车床向高精尖的方向发展。床身是机床的基本，床身性能的好坏直接影响机床的精度，国外机床产业有着悠久的历史，在实际生产中取得了大量的实践经验和实验数据。而我国机床产业起步晚、起点低，没有国外发达国家经过百年的经验。所以在开发和改进机床床身时总是遇到问题，解决这些问题先前只能通过自己做大量的实验或者直接购买国外技术，耗费大量的人力财力。而大型船用曲轴车床对床身的要求更高。所以，需要一种大型曲轴车床床身的优化方法是必要的。PRO/ENGINEER以及其子模块PRO/MECHANICA是有限元建模和分析的高端软件，它们之间存在着动态无缝链接，在几何模型中的修改可以直接反应在物理模型中，能够缩短优化时间。
发明内容
本发明是要解决目前大型机床床身设计和改进中耗费大量的人力物力而又不是十分准确的问题，而提供一种准确、易于优化处理、大大节省设计和改进时间的大型曲轴车床床身的优化方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种大型曲轴车床床身的优化方法，具体步骤如下：
(1)建立三维几何模型
使用PRO/ENGINEER进行曲轴车床床身及头架三维几何参数化建模，并对模型进行组装；
(2)载荷，边界条件与物理特性的设定
进入PRO/ENGINEER子模块PRO/MECHANICA，设置力、扭矩、材料特性、边界条件；
(3)网格划分
采用PRO/MECHANICA自动网格划分，在计算敏感区域用手动细化；
(4)有限元求解
采用PRO/MECHANICA的P法进行有限元求解计算；
(5)找到薄弱环节并修改
提取应力、应变和位移的有限元计算结果，寻找影响床身的元素，并进行优化；
(6)选定最优结果
根据实际情况选择对优化效果评定的标准，并进行筛选最优结果。
本发明的有益效果是：运用了有限元建模和分析高端软件PRO/ENGINEER以及其子模块PRO/MECHANICA，对大型车床床身进行优化解析，最终可以方便快捷的得到最优化结果，节省大量的时间，并能得到精确的结果。
附图说明
图1是大型曲轴车床床身优化步骤框图；
图2是大型曲轴车床床身及头架模型图；
图3是床身模型图；
图4是整体最大变形结果图；
图5是床身部分变形比例放大结果图；
图6是优化后床身部分变形比例放大结果图；
图7是最终得到最优结果的床身部分变形结果图。
具体实施方案
现结合附图对本本发明的优化解析方法做进一步的说明。
本发明的大型曲轴车床床身的优化方法，具体步骤(如图1)：
1.使用PRO/ENGINEER进行三维几何建模
使用PRO/ENGINEER进行精密几何建模，并对模型进行组装。如图2和3所示。
2.进入PRO/ENGINEER子模块PRO/MECHANICA，施加约束载荷从PRO/ENGINEER进入PRO/MECHANICA，从几何模型转到物理模型，它们之间是无缝动态链接，几何模型上的改动直接反应在物理模型中，而其它设定不变。根据实际情况对模型施加材料，本例中施加重力。
3.在PRO/MECHANICA中进行网格划分和网格的简化
PRO/MECHANICA是PRO/ENGINEER的子模块，它们之间的对接是无缝的，不会因几何模型向物理模型导入而出现任何误差。网格划分为自动划分，而在敏感区域可以进行手动细化。本例网格图如图4。
4.有限元求解计算
PRO/MECHANICA在进行有限元计算时采用P法处理单元格，相比其它的有限元软件计算时间缩短，但精度并没有降低。获得结果如图5和6。
5.找到薄弱环节进行优化处理
本例中是船用大型曲轴车床的床身，优化效果评定标准选定为最大变形值的大小和质量的变化。优化结果如图7。最终最大变形减小了43.9％，而重量只增加了5.17％。