基于有限元的钢爪摩擦焊机床身结构设计及优化研究

针对钢爪摩擦焊机床身结构设计的合理性及静、动态性能较差的问题,在钢爪摩擦焊机满足焊接工艺要求的基本条件下,设计出了钢爪摩擦焊机床身。在对床身结构进行了有限元分析的基础上,以壁板及肋板厚度作为设计变量,以静态特性为目标参数,对壁厚、肋板厚度等设计参数进行了灵敏度分析,得到了各参数对静态特性的影响趋势,根据灵敏度分析结果对初步设计的床身各项设计参数进行了改进;最终得到了改进后的钢爪摩擦焊机床身,并对其进行了有限元分析。研究结果表明:优化后钢爪摩擦焊机床身的静、动态性能都有一定程度的改善,并且其质量也有所降低。

钢爪摩擦焊机主轴箱体的灵敏度分析与参数设计

以钢爪摩擦焊机主轴箱体作为研究对象,利用ANSYS Workbench对箱体进行灵敏度分析,从而找出对箱体应变的敏感参数。结合数学方法在敏感参数与应变之间建立数学关系,在保证主轴箱质量增加最小的前提下以主轴箱应变量最小为设计目标,进行多维参数共同设计。最终设计方案结果,主轴箱与初始设计方案相比较,在质量只增加1.45%的情况下,最大应变减小了18.33%,且应变已达到摩擦焊机设计初步要求。

立式摩擦焊机钢爪夹具的有限元数值模拟与优化

以顶锻力为3500 kN的连续驱动立式摩擦焊机钢爪夹具作为研究对象,在对摩擦焊机钢爪夹具参数设计的基础上,实现了CAD/CAE的联合数值模拟及多目标优化。以夹具的质量、最大变形量和应力为优化目标,通过灵敏度分析,建立了夹具的二阶响应面模型,得到优化方案。利用正交试验对优化结果的有效性进行验证,试验表明优化结果与正交试验结果趋势一致。优化后的钢爪夹具质量变化不大,最大变形量和最大应力降幅明显。该优化方法具有较高的优化效率,优化效果显著。