南京工程学院
毕业设计开题报告
课 题 名 称： 机床床身结构的有限元分析 学 生 姓 名： 郭玉杰 学 号： 201040114 指 导 教 师： 王云霞 讲师 所在院(系)部： 机 械 工 程 学 院 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化（机械设计）
2008 年 03月24 日
说 明
1．根据南京工程学院《毕业设计(论文)工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。
2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。
3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。
4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。
5．开题报告检查原则上在第2～4周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。
毕业设计(论文)开题报告
学生姓名 指导教师姓名 课题来源 课题名称 郭玉杰 王云霞 学 号 职 称 校内基金 201040114 讲师 专 业 所在院(系)部 课题类型 机床床身结构的有限元分析 机械设计制造及其自动化（机械设计） 机械工程学院 工程应用 课题背景： 近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，三维软件建模技术及有限元分析技术在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，特别是有限元技术已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、国防军工、能源、铁道等各个研究领域的广泛应用使得工程师的设计水平发生了质的飞跃，这足以体现出了计算机应用技术的重要性。 课题内容： 1．提出：机床床身是机床的重要基础件，起着支撑工件和主轴箱、毕业设计的 内容和意义 尾架等关键部件作用。它的动态特性和静态特性直接影响机床的加工精度和工件的表面粗糙度，关系到机床是否能安全可靠的工作及整机的使用寿命。因此必须了解床身结构本身具有的刚度特性和动态特性，以避免在使用中因设计不合理而造成不必要的损失。 2．解决方法：在过去，由于缺少有效的分析计算方法，使得机械结构的特性分析及结构的优化过于烦琐，而且十分耗时，但随着计算机辅助工程（CAE）的高速发展，各种优化算法的发展和完善，机械结构设计的效率及机械的性能都得到了很好的解决。其中有限元法应用广泛，它的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。 3．设计内容：机床床身结构的有限元分析包括静刚度分析、模态分析，及结构的优化，其中静刚度分析主要是研究机床床身在固定载荷的作用下的变形及应力状况，这对掌握机床的机械特性大有帮助；其次，床身结构的动态特性是影响机床产品性能的关键因素之一，而研究其动态特性的方法主要是进行模态分析，主要内容是确定机床床身的震动特性既固有频率和主振型，它们是承受动载荷的重要参数； 最后是对机床床身进行结构优化，根据上面的分析所得的结果进行优化，尽量减轻重量，优化受力状态及振动形态。 课题的意义： 通过对机床床身的有限元分析，可以分析受载变形过程，寻求其结构的薄弱环节，模拟其振动或热变形等等。有限元分析作为设计阶段不可缺少的工具，它的应用影响着产品尺寸，重量，成本及性能[1]。 国内外研究现状： 近年来有限元分析软件在机械产品的开发过程中应用越来越广泛，加快新产品的开发速度，保证了新产品的顺利投产。我国机床工业至今仍与国外存在着技术上的差距，不少国外机床在样本中标明他们的床身、立柱等基础件经过了有限元分析，因而具有优异的动、静刚度、热变形等性能，但我国的机床样本中还未见过类似例子。不过我国高校、研究所等单位已经拥有了这方面的技术资源。在这方面，文献综述 东南大学的倪晓宇、易红等利用了有限元法对机床床身进行了静、动态分析，并使用渐进结构优化算法对床身结构进行基于基频约束的拓扑优化，为ESO方法在机床大件结构拓扑优化中的应用做了有益的尝试；常州工学院的尹飞鸿，何亚峰对XH751型机床床身结构进行了有限元模态、静态和谐响应分析，得出了该床身的动静态性能参数；内蒙古工业大学的杨明亚等运用了有限元分析软件对机床床身进行了模态分析，得出了床身前五阶固有频率和振型，了解了床身部件的各阶振动模态的特点。这些工作对于支持并加快提升企业的自主技术创新能力具有一定的意义。 文献资料： 1.伍建国,陈新.内圆磨床床身结构的动态分析与优化设计[J].精密制造与自动化，2002,(2):25-27 2.陈文锋,毛汉领.MXBS-1320型高速外圆磨床动态性能的试验研究[J].广西机械，1997(2):21-25 3.王艳辉,伍建国.精密机床床身结构参数的优化设计[J].机械设计与研究,2003(6):35-37 4.汤文成,易红等.机床大件结构的拓扑优化设计[J].东南大学学报.1996(9):22-26 5.徐燕申,张学玲.基于有限元分析的机械结构静动态性能优化设计[J].精密制造与自动化,2003增刊 6.张学铃,徐燕申,钟伟泓.基于有限元分析的数控机床床身 结构动态优化设计方法研究[J].机械强度,2005,27(3):353-357 7.徐燕申,张兴朝,牛占文等.基于元结构和框架优选的数控机床床身结构动态设计研究[J].机械强度,2001,23(1):001-003 8.Hull,Partick V.Optimal synthesis of compliant mechanisms using subdivision and commercial FEA[J].American Society of Mechanical Engineers.2006,25:83- 86 9.Bianchi.G,Daolucci.F.Towards Virtual engineer in machine tools design[J]. Annals of the CIRP,1996,45(1):381-384 10.J.M.Vance,T.P.Yeh.Computer Aided Design Improvement of Machine tools [J].Structure Incoporting Joint Dynamics Dynamics Data,1979,128(1):391-396 11.T.jiang,M.Ciredast.Virtual assembly using virtual reality techniques [J]. Computer-Aided Design,1997,29(8):575-584 12.杨永亮.基于有限元的车床床身结构优化:[大连理工大学硕士学位论文].大连:大连理工大学机械系,2006,1-3 13.张学龄.基于广义模块化设计的机械结构静动态特性分析及优化[天津大学博士学位论文].天津:天津大学机械工程学院,2004 14.覃文洁,左正兴,刘玉桐等.机床整机的动态特性分析[J].机械设计,2000,(10):24-26 15.杜君文.机械制造技术装备及设计[M].天津:天津大学出版社,1998,222-224 16.刘惟信.机械最优化设计[M].北京:清华大学出版社,1994 通过对某一型号的车床床身进行力学分析，并应用有限元软件ANSYS进行静刚度分析、模态分析和结构优化。 首先，根据某型号机床床身的结构图，运用Ｐro/E软件对床身进行三维建模，然后输出文件，并以IGES(.igs)格式保存，这样就可以输入ANSYS进行有限元分析；其中在建模过程中，为了避免造成在有限元网格划分时出现过密网格，从而导致计算速度缓慢，可以将模型中的一些小结构，如小孔、小凸台等简化掉，这样做对模态分析结果的影响不大。 其次，在进行有限元分析时，主要经过三个步骤：前处理、加载并求解、后处理。 研究内容 1．前处理：是指创建实体模型以及有限元模型。包括创建实体模型，定义单元属性，划分有限元网格，修正模型等几项内容。 2．加载并求解：在求解前应进行分析数据检查，包括单元类型和选项、材料性质参数、同一的单位；材料类型的设置，质量特性等等。通过这些设置，计算机即可进行处理分析数据，从而得出机床床身的动态特性和静态特性。 3．后处理：可以通过它来观看整个模型在某一时刻的结果，或在不同阶段、子步上的结果。最后就是根据分析的结果进行一定的结构优化，从满足频率约束以及刚度约束的结构中系统地删除低效率材料来获得结构的基频约束，刚度约束，重量最小化等。 第一周：资料收集与文献检索 第二周：英文资料翻译 第三周：编写开题报告 第四周：提交开题报告 第五周：学习软件与三维建模 第六周：学习软件与三维建模 第七周：学习软件与三维建模 研究计划 第八周：静力学分析 第九周：静力学分析 第十周：动力学分析 第十一周：动力学分析 第十二周：结构优化分析 第十三周：编写论文 第十四周：编写论文 第十五周：编写论文 第十六周：提交论文并完成答辩 1．运用了先进的三维制图软件实现对复杂模型的三维建模，弥补了有限元分析软件ANSYS建模功能的不足。 特色与创新 2．在有限元分析过程中综合运用了静力分析，模态分析等常用分析方法。 3．通过以上的分析结果从而可以进行一定的结构优化，实现节约材料，降低成本，改善工作状况等。 指导教师 意 见 要填写是否同意。签名：手写或盖章。 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 要填写是否同意。签名：手写或盖章。 主任签名： 年 月 日 教学院长签名： 年 月 日 附：与课题内容相关的外文资料翻译不少于2000字，参考文献不少于10种。 院部意见
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