隨著現(xiàn)代制造技術的發(fā)展及現(xiàn)實需求的不斷變化,對機床設計的要求越來越高。作為大型可移動部件的機床立柱,其靜動態(tài)特性直接影響整機性能。但目前立柱的設計方法多為傳統(tǒng)、保守的經(jīng)驗設計法,導致立柱結構的不合理,材料利用率低,難以到達最佳結構效能,從而制約了整機性能,降低了產(chǎn)品競爭力。因此,有必要對機床立柱進行結構創(chuàng)新設計及參數(shù)優(yōu)化。本文基于結構仿生的設計理念,以竹子為生物原型,按照“竹子結構分析→圓柱體仿生設計→立柱仿生設計→結構參數(shù)優(yōu)化”的研究思路,形成由圓柱體結構到立柱新構型兩步走的設計方案,對TK6932超重型數(shù)控落地銑鏜床立柱進行創(chuàng)新性結構設計和參數(shù)優(yōu)化。論文主要內(nèi)容及成果如下:(1)利用Pro/Engineer建立立柱結構的三維模型,導入ANSYS Workbench環(huán)境中建立其有限元模型,通過靜剛度分析和模態(tài)分析,得到立柱靜、動態(tài)特性等結構性能指標。(2)用實驗的方法,結合現(xiàn)有資料數(shù)據(jù),分析竹子的宏、微觀結構特點及力學特性,并根據(jù)材料力學理論,得到竹子的微觀結構特點與力學性能的關系;在此基礎上,利用相似性理論,對機床立柱與竹子進行相似性分析,論證將竹子作為立柱仿生生物原型的合理性。(3)基于竹子的宏、微觀結構特點,提出仿生設計準則,并基于此準則對圓柱體結構進行仿生設計;分析立柱的可優(yōu)化空間,并結合圓柱體仿生結果,對立柱進行進一步的仿生結構設計,提出A、B兩種立柱新構型,并通過評價與對比確定仿生立柱構型。(4)針對可優(yōu)化仿生構型,建立以結構質(zhì)量最輕、靜態(tài)位移響應最小為目標的立柱結構優(yōu)化數(shù)學模型;基于靈敏度分析方法確定設計變量,利用目標驅(qū)動優(yōu)化技術進行多目標優(yōu)化求解,得到仿生立柱的最優(yōu)尺寸參數(shù)。

【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG502.1
【目錄】：

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 李世紅，付紹云，周本濂，曾其蘊;竹子──一種天然生物復合材料的研究[J];材料研究學報;1994年02期

2 趙嶺;陳五一;馬建峰;;基于王蓮葉脈分布的機床橫梁筋板結構仿生優(yōu)化[J];高技術通訊;2008年08期

3 ;The Lightweight Design of Low RCS Pylon Based on Structural Bionics[J];Journal of Bionic Engineering;2010年02期

4 馬建峰;陳五一;趙嶺;趙大海;;基于竹子微觀結構的柱狀結構仿生設計[J];機械設計;2008年12期

5 高福聚,劉錫良;淺議空間結構仿生工程學研究中的特征標度問題[J];空間結構;2001年01期

6 汪列隆;朱壯瑞;張建潤;;基于APDL的機床大件筋板結構尺寸的優(yōu)化設計[J];輕工機械;2006年04期

7 張建忠,汪久根,馬家駒;Porous structures of natural materials and bionic design[J];Journal of Zhejiang University Science A(Science in Engineering);2005年10期

8 秦宏偉;;我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J];機械制造與自動化;2007年05期

9 焦洪杰;張以都;陳五一;趙嶺;;低RCS立柱結構仿生設計及仿真分析[J];武漢理工大學學報;2009年05期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 付俊濤;數(shù)控立式車床關鍵零件輕量化設計研究[D];吉林大學;2011年

2 喻懋林;基于結構仿生理論的高比強度、比剛度結構設計研究[D];北京航空航天大學;2005年

3 張志偉;仿生算法在第三代移動通信多用戶檢測中的應用[D];哈爾濱工程大學;2005年

4 趙東平;高速臥式加工中心立柱的輕量化設計[D];蘭州理工大學;2012年

5 潘變;橋式起重機箱形主梁的結構仿生優(yōu)化設計[D];中北大學;2013年