專利名稱：大型曲軸車床床身的優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用三維軟件進行車床床身優(yōu)化方法。
背景技術：
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，車床向高精尖的方向發(fā)展。床身是機床 的基本，床身性能的好壞直接影響機床的精度，國外機床產(chǎn)業(yè)有著悠 久的歷史，在實際生產(chǎn)中取得了大量的實踐經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)。而我國 機床產(chǎn)業(yè)起步晚、起點低，沒有國外發(fā)達國家經(jīng)過百年的經(jīng)驗。所以 在開發(fā)和改進機床床身時總是遇到問題，解決這些問題先前只能通過 自己做大量的實驗或者直接購買國外技術，耗費大量的人力財力。而 大型船用曲軸車床對床身的要求更高。所以，需要一種大型曲軸車床
床身的優(yōu)化方法是必要的。PRO/ENGINEER以及其子模塊 PRO/MECHANICA是有限元建模和分析的高端軟件，它們之間存在 著動態(tài)無縫鏈接，在幾何模型中的修改可以直接反應在物理模型中， 能夠縮短優(yōu)化時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決目前大型機床床身設計和改進中耗費大量的人 力物力而又不是十分準確的問題，而提供一種準確、易于優(yōu)化處理、 大大節(jié)省設計和改進時間的大型曲軸車床床身的優(yōu)化方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是 一種大型曲軸車床床身的優(yōu)化方法，具體步驟如下
(1) 建立三維幾何模型
使用PRO/ENGINEER進行曲軸車床床身及頭架三維幾何參數(shù)化 建模，并對模型進行組裝；
(2) 載荷，邊界條件與物理特性的設定
進入PRO/ENGINEER子模塊PR0/MECHANICA，設置力、扭矩、材 料特性、邊界條件；
(3) 網(wǎng)格劃分
采用PR0/MECHANICA自動網(wǎng)格劃分，在計算敏感區(qū)域用手動細
化；
(4) 有限元求解
采用PR0/MECHANICA的P法進行有限元求解計算；
(5) 找到薄弱環(huán)節(jié)并修改
提取應力、應變和位移的有限元計算結果，尋找影響床身的元 素，并進行優(yōu)化；
(6) 選定最優(yōu)結果 根據(jù)實際情況選擇對優(yōu)化效果評定的標準，并進行篩選最優(yōu)結果。
本發(fā)明的有益效果是運用了有限元建模和分析高端軟件 PR0/ENGINEER以及其子模塊PR0/MECHANICA，對大型車床床身進行優(yōu)
化解析，最終可以方便快捷的得到最優(yōu)化結果，節(jié)省大量的時間，并 能得到精確的結果。


圖l是大型曲軸車床床身優(yōu)化步驟框圖2是大型曲軸車床床身及頭架模型圖3是床身模型圖4是整體最大變形結果圖5是床身部分變形比例放大結果圖6是優(yōu)化后床身部分變形比例放大結果圖7是最終得到最優(yōu)結果的床身部分變形結果圖。
具體實施方案
現(xiàn)結合附圖對本本發(fā)明的優(yōu)化解析方法做進一步的說明。 本發(fā)明的大型曲軸車床床身的優(yōu)化方法，具體步驟(如圖l):
1. 使用PRO/ENGINEER進行三維幾何建模
使用PRO/ENGINEER進行精密幾何建模，并對模型進行組裝。如 圖2和3所示。
2. 進入PRO/ENGINEER子模塊PR0/MECHANICA，施加約束載荷 從PRO/ENGINEER進入PRO/MECHANICA，從幾何模型轉到物理模型， 它們之間是無縫動態(tài)鏈接，幾何模型上的改動直接反應在物理模型 中，而其它設定不變。根據(jù)實際情況對模型施加材料，本例中施加重力。
3. 在PRO/MECHANICA中進行網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格的簡化 PRO/MECHANICA是PRO/ENGINEER的子模塊，它們之間的對接是
無縫的，不會因幾何模型向物理模型導入而出現(xiàn)任何誤差。網(wǎng)格劃分 為自動劃分，而在敏感區(qū)域可以進行手動細化。本例網(wǎng)格圖如圖4。4. 有限元求解計算
PR0/MECHANICA在進行有限元計算時采用P法處理單元格，相 比其它的有限元軟件計算時間縮短，但精度并沒有降低。獲得結果如 圖5禾口6。
5. 找到薄弱環(huán)節(jié)進行優(yōu)化處理
本例中是船用大型曲軸車床的床身，優(yōu)化效果評定標準選定為最 大變形值的大小和質量的變化。優(yōu)化結果如圖7。最終最大變形減小 了 43. 9%，而重量只增加了 5. 17%。
權利要求
1.一種大型曲軸車床床身的優(yōu)化方法，具體步驟如下(1)建立三維幾何模型使用PRO/ENGINEER進行曲軸車床床身及頭架三維幾何參數(shù)化建模，并對模型進行組裝；(2)載荷，邊界條件與物理特性的設定進入PRO/ENGINEER子模塊PRO/MECHANICA，設置力、扭矩、材料特性、邊界條件；(3)網(wǎng)格劃分采用PRO/MECHANICA自動網(wǎng)格劃分，在計算敏感區(qū)域用手動細化；(4)有限元求解采用PRO/MECHANICA的P法進行有限元求解計算；(5)找到薄弱環(huán)節(jié)并修改提取應力、應變和位移的有限元計算結果，尋找影響床身的元素，并進行優(yōu)化；(6)選定最優(yōu)結果根據(jù)實際情況選擇對優(yōu)化效果評定的標準，并進行篩選最優(yōu)結果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大型曲軸車床床身的優(yōu)化方法在三維高端軟件PRO/ENGINEER中進行精密三維幾何建模，并在其子模塊PRO/MECHANICA中進行物理特性，載荷與邊界條件的設定。PRO/MECHANICA中的物理模型是從PRO/ENGINEER直接導入而成，并且之間為動態(tài)無縫鏈接，優(yōu)化過程中幾何模型的改變可以直接反應在物理模型中，這樣大大節(jié)省了優(yōu)化時間。網(wǎng)格劃分是PRO/MECHANICA中自動生成，敏感區(qū)域可以進行手工細化。進行有限元計算，找到薄弱環(huán)節(jié)，并進行優(yōu)化，最終得到優(yōu)化解。本方法能減少優(yōu)化時間，得到精確的結果，可廣泛應用在大型曲軸車床床身的優(yōu)化設計。
文檔編號G06F17/50GK101576938SQ200910047170
公開日2009年11月11日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權日2009年3月6日
發(fā)明者周鶴群, 張立平, 汪中厚, 謝云波 申請人:上海理工大學