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基于ANSYS的液压机产品广义模块化快速名片机莱州压力罐电机书桌Frc

发布时间:2023-12-08 00:04:27 阅读: 来源:铝丝网厂家

基于ANSYS的液压机产品广义模块化快速设计

摘 要:液压机是制品成型压制的主要加工机,其规格、结构形式多样,均要根据用户的需求定制设计,并有严格的刚度和强度要求。为了快速设计不同结构,不同精度要求的液压机,把CAD参数化设计和有限元变量化分析相结合,应用广义模块化设计原理和方法,开发了一个基于ANSYS平台的液压机产品广义模块化快速设计系统。根据广义模块化模型的参数化特点,使终究都离不开储能技术的突破用ANSYS软件ADPL语言对参数化结构模块进行有限元建模,根据用户需求的液压机尺寸和工程压力,构建一定数量的参数化的CAD/CAE模型,开发覆盖常用参数液压机的快速设计系统。用户只要对系统输入有限的设计参数,系统便可以快速生成产品模型,并自动进行有限元分析。

关键词:ANSYS 液压机 广义模块化 变量化分析 快速设计

本文受天津大学985工程二期项目“大型液压机模块化快速设计和面向制造的CAD/CAPP/CAM系统”课题支持

1 前言

液压机是产品成型压制的主要机械,其结构和规格变化多样,产品多为个性化设计。根据广义模块化原理,将液压机划分为不同的产品族,对产品进行设计参数划分,创建公称设计模型,当根据用户需求参数,对公称CAD模型定制后,转入ANSYS中进行分析,生成产品设计方案,可缩短产品设计周期和降低设计成本。

2 液压产品广义模块化快速设计原理

2.1广义模块化设计的基本原理

以广义模块为核心的设计方法叫做广义模块化设计。广义模块化设计是传统模块化设计的基础上发展而来的[1]。 广义模块分为柔性模块和虚拟模块,柔性模块是参数化的结构独立模块,可表达为[2]

其中,gq---模块的结构参数

Pr----载荷,应力,应变等的工程约束

hs----结构材料等的性能参数

Mi---是一个参数化模型,可根据用户需求参数来定制。

由于广义模块的结构定制要符合结构设计动、静特性要求。所以对模型的CAD设计和CAE分析一体化,便成为广义模块化设计的冷凝机组关键技术。

2.2基于广义模块化设计的快速设计原理

传统设计是先进行产品的结构设计,根据CAE分析结果,对结构进行修改。本文提出的广义模块化设计则是对产品进行参数化建模,并用ADPL语言构建的CAE模型,CAD和CAE模型间用数据传输接口连接。当根据用户需求定制模块的CAD模型,CAE模型可自动读入CAD设计参数,便可以快速进行有限元分析。这样就可大大提高产品CAD/CAE的设计分析速度。

3 液压机广义模块化建模

3.1液压机模块划分

液压机结构型式多样,常见的有组合框架式、整体框架式等。现以常见的组合框架式为例,不管设计参数如何变化,其结构拓扑型式可如图1所示。其结构可分上梁模块、下梁模块、立柱模块和工作台模块等。这些模块都可以建立参数化的柔性模块模型,它们的组合便构成了柔性产品模型。

3.2覆盖产品族框架式液压机公称模型的构建

为构建可覆盖产品族的广义产品模型,把液压机主设计参数工作台面和公称压力按模数进行分级。示例为公比为2的模数建立公称模型,如表1。

注:A:工作台有效面积,T:公称压力,k=L/W(长/宽),公称压力范围μT ,工作台有效面积范围νA

公称模型的原型可根据企业已有的产品模型进行典型化,提炼出一组参数化的设计参数,在给定的模型公称工作台面积及公称压力作用下,用ANSYS软件进行计算分析,并优化结构,做为一个标准参数化模型存放在模块库中,以便设计时在相同的建筑面积下调用。当设计时,根直线光轴据用户产品需求,在模型库中寻找合适的模型,代入相应的用户设计参数,生成CAD模型后,再进入ANSYS中进行CAE分析,设计过程如图2。

3.液压机CAD/CAE模型一体化分析的关键技术

液压机由板材焊接而成,CAE模型由ANSYS提供参数化设计语言-ADPL创建,采用板单元(本系统为shell63)进行分析计算,这样可以减少节点数量和提高分析速度,同时提高了CAE模型的稳定性,避免三维模型自由度多,难于适应参数化分析的技术难题。

液压机CAD/CAE建模一体化的实现、需要CAD模型和CAE模型的驱动参数数量和参数定义对应一致;模型内各图元的拓扑结构关系对应一致;设计参数在驱动CAD模型的同时,同时能传递给CAE模型。CAE模型是通过文件变量定义部分的“PARRES”命令完成读取设计参数的[3]。设计参数在驱动CAD模型同时将设计参数写成文本文件,便于CAE模型文件的读取。模型文件变量定义格式如图3所示。

图3 CAE模型文件变量定义格式

参数数值对应分为两种情形:一种是驱动CAD模型中某位置的几何尺寸参数,直接驱动ANSYS几何模型对应位置的尺寸值;另一种是驱动CAD模型筋板厚度的参数,与设置该筋板厚度的单元常数相对应。

液压机的结构最大特点是,内部为横竖筋交错结构。为了方便模型的建模,命令流文件的书写,用“K”和“A”命令编写了创建横筋和竖筋的宏命令[4]。这些宏命令可避免建模时对坐标系的频繁操作,缩短了AD指纹锁PL语言文件的长度,提高编写速度。下面为构建横筋板的宏命令,它只需要输入筋板高度,Y坐标,起点和终点的X坐标,就可创建横筋板。

Numcmp,all

K,,xStart,yPos,0

......

*Get,Kmx,KP,0,NUM,MAX

A,Kmx3,Kmx-2,Kmx-1,Kmx

框架式液压机的主机框架为一封闭受力系统,如图4。在ANSYS中进整机分析时,框架若自由状态直接进行静态求解时,将会出现不稳定的情形。由于液压机结构和载荷对称,引起的变形也对称的特点,施加约束如图5。图6为整如衔接部件的拔脱机综合变形图,从整机变形可看出,机身转动变形和在XOY面内的滑动变形都没有被限制。上述施加约束方式即使整机变形和实际情况相一致,又可保证求解的稳定性。

图4 液压机受力图

图5 约束和加载

图6 整机框架变形

四.快速设计实例和结论

基于广义模块化的液压机产品快速设计系统,利用ANSYS提供的强大的分析功能,完成了对液压机设计方案的强度和刚度分析, 可以根据用户的需求快速生成设计方案。图7为一个台面4500×2500,压力2000吨组合框架式液压机的设计实例,表2为系统中上梁的部分初始设计参数和新方案的设计参数对比。有限元分析的结果为整机的最大变形0.84mm,小于最大允许变形1.1mm;最大应力254Mpa率大于许用应力235Mpa,但其为上梁的局部应力集中,由于未考虑焊接中焊缝的圆弧半径,局部应力集中不大于许用应力1/3,故认为满足强度要求。表2为上梁的公称模型和快速设计方案的部分参数。

图7 快速设计实例

通过上面的实例,可以看出该系统不仅快速,而且可以保证其设计满足强度和刚度要求的前提下,同时又不至于造成材料的浪费。该系统的CAD/CAE模型库可在使用中可以根据市场的变化情况进行模型的添加和更改;该系统也可为企业保存设计知识和技术。表2 某液压机的快速设计方案

[参考文献]

[1]徐丽萍,面向产品族的液压机广义模块化设计研究,天津大学硕士论文,2004

[2]徐燕申,候亮,液压机广消毒箱义模块设计原理与应用,机械设计,2001(7),

[3]张学玲,徐燕申,模块化CAD模型与有限元模型的数据交换,西南交通大学学报,2003,38(5):

[4]谭建国,使用ANSYS6.0进行有限元分析,北京:北京大学出版社,2002,(end)


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