| 题名 | 基于钢爪摩擦焊机整体结构的导柱有限元分析及优化 |
| 作者 | 吴永强 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 辛舟 ; 王鹏 |
| 关键词 | 钢爪摩擦焊机 导柱 顶锻焊接 拓扑优化 六西格玛设计 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 随着电解铝工业的发展,用于焊接电解铝阳极钢爪的机械设备成为学者研究的重点。电解铝钢爪摩擦焊机主要是用来在钢爪横梁上焊接钢爪腿的自动化专用焊接机,它的推广和使用在电解铝工业的生产环节中发挥了至关重要的作用。本课题所研究的立式钢爪摩擦焊机的导柱,是钢爪摩擦焊机工作运行中重要的连接部件,其动力学性能和轻量化设计对整机模态特性和焊机稳定性具有重要作用。本文以立式钢爪摩擦焊机的整体结构及其导柱为研究对象,以导柱结构轻量化设计为优化目标,利用ABAQUS以静力学分析和模态分析为研究手段,对导柱进行仿真模拟研究,并通过拓扑优化和结构参数优化实现六西格玛设计,最终实现对导柱的轻量化设计。具体主要包括几个方面:1.结合钢爪摩擦焊机的工作原理,建立其整机三维模型,对导柱的结构尺寸进行详细设计。将焊机的工作过程分为主轴下移、摩擦加热和顶锻焊接三个阶段,从理论上对导柱进行力学分析与计算。2.通过有限元软件ABAQUS建立钢爪摩擦焊机的整机分析模型,并对整机展开了静力学分析和模态分析,静力分析表明:螺栓预紧力对整机的影响较大,最大应力集中在导柱与顶锻箱连接处,应在连接处做优化处理。模态分析表明:整机应该避免整机绕Z轴的旋转,在第六阶模态时发生共振的风险变大,为避开共振频率36.7Hz,应在摩擦加热阶段调整转速。3.在整机有限元分析的基础上,对导柱展开数值模拟研究。在无预紧力加载和焊机工作三阶段的不同工况下对导柱进行静力分析,研究表明:无预紧力时,导柱整体受压较小,强度满足,具有很大的结构优化空间;预紧力施加时,主轴下移时导柱受压,摩擦加热时导柱受拉,与顶锻箱连接处应力最大;顶锻焊接时导柱受拉,最大应力出现在主轴下方机座连接处。导柱自由模态分析表明,工作过程中不存在共振。4.最后,对导柱进行轻量化设计优化并验证优化的正确性。首先,从拓扑优化和参数化结构优化两方面进行研究,采用六西格玛设计,分析了导柱的应力应变及其响应关系,最终实现了导柱质量减轻16.76%的优化目标。然后,通过优化前后的导柱性能分析对比表明:优化方法合理,导柱优化结果正确,优化后导柱质量减轻,固有频率提高,导柱刚度和强度性能得到改善。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 93 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94854]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴永强. 基于钢爪摩擦焊机整体结构的导柱有限元分析及优化[D]. 2019. |
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