２ 梁壳组合结构的有限元建模 ２．１ 单元类型的选择 对于需要混合使用多种类型单元的梁壳组合结构而言，为了在不同类型的单元间实现无缝连接，保证相互间载荷传递的正确性，根据所分析问题的要求选择合适的单元类型是非常重要的。要实现这一点，最基本的就是要保证所选梁单元和壳单元具有相同的结点自由度类型及数量，进一步的，对于一些特殊类型的结构保证单元具有相同的阶次或相近的形函数形式也是非常重要的。此外，为了保证加强板的作用能被充分考虑，加强板需要用多个单元离散，与之焊接的梁也相应的需要划分多个单元，这可能导致最终的梁单元为深梁，此时就应考虑选用计及剪切变形影响的梁单元。 ＡＮＳＹＳ提供了多种用于梁、壳建模的单元类型，以满足不同分析场合的要求。由于工程机械结构的重要性，在设计时不需要考虑其塑性的扩展和利用、其始终处于弹性阶段，因此对梁构件可选用ＢＥＡＭ１８８单元类型、壳体构件可选用ＳＨＥＬＬ４３单元类型。ＢＥＡＭ１８８单元与ＳＨＥＬＬ４３单元均为一次单元，每个单元结点均有６个自由度：三个平动自由度（ｕｘ，ｕｖ，ｕｚ）和三个转动自由度（θｘ ，θｖ，θｚ），可以保证受力的正确传递。Ｓｈｅｌｌ４３单元考虑了剪切变形的影响，适合于中等厚度的壳体建模。Ｂｅａｍ１８８单元是Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁单元，采用如下形式的形函数： （１） 式中：ｕｉ—某方向位移场；ｓ—ｕｉ方向的自然坐标； 梁壳组合结构的有限元合理建模 王强 贵州交通职业技术学院 ５５０００８ １ 引言 在当前实际应用的工程结构中，出于结构形式、连接条件、承载要求等方面的考虑，很多工程结构都采用梁壳组合结构的形式作为各种外加载荷的支撑件，如工程机械领域的港口起重机、动臂式塔机等的桁架吊臂往往在臂头和臂根焊接钢板以局部加强。此外，为了分析的需要或简化建模与计算，也往往将一些纯板壳焊接结构作为梁壳组合结构进行分析。 对梁壳组合结构进行力学分析以保证其强度和刚度满足使用要求是设计中必不可少的一环。显然要获得此类结构的理论解析解几乎是不可能的，在工程实际中往往要借助于有限元方法。有限元分析中最重要的步骤是有限元模型的建立和约束、载荷的施加，后者需要满足特定行业设计规范的要求，有一定的程式可循，而针对此类结构的特点，快速、合理建模问题还少有谈及。因此，本文以当前应用较为广泛的通用有限元软件ＡＮＳＹＳ为平台，探讨复杂梁壳组合结构有限元模型的快速、合理建模方法及在建模过程中应注意的问题，对同类结构的有限元建模提供一些可供借鉴的有益经验。 ｕｉＩ、ｕｉＪ—ｕｉ方向的单元始、终结点位移。与Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁相比，其计入了剪切变形对梁弯曲的影响，适合于短粗梁的有限元建模。 ２．２ 有限元模型的建立 ＡＮＳＹＳ提供了两种建模方式：一是首先建立结构的几何模型，通过对几何模型进行有限元网格离散而获得有限元模型；二是首先生成结点，随后由结点直接生成单元而获得有限元模型。至于具体使用何种建模方式或综合使用此两种建模方式应依据结构的实际情况灵活决定。 工程机械等领域中的梁壳组合结构往往以梁为主要承载构件，板壳仅起局部加强作用。有限元方法中的梁单元属线单元，当使用二结点线性梁单元时，其有限元模型的几何表现为一条直线，通常在其形心轴线位置上建立有限元模型。在梁壳组合结构中，梁是主要构件，且需要与其它构件相连，因此在其有限元建模时位置不能改变，即仍应按其形心轴线建模；板壳属附属构件，在对其进行有限元建模时，由于壳体构件需要使用许多单元离散，而通过结点生成单元的方式逐一生成这些单元无疑将非常烦琐，尤其是当加强板较多时，因此对壳体应采用第一种建模方式。 综合上述分析，工程机械中复杂梁壳组合结构的有限元建模有两种方法，本文通过图１（ａ）中所示结构为例加以说明，图中两根梁之间焊接了一块加强板，在此假设梁为圆管（工程机械的此类结构中的梁大部分为圆管，对其它截面形式的梁建模方法基本相同）。第一种建模方法的步骤如下： （１）在梁的形心线和加强板的中平面位 图３ 港口起重机桁架吊臂的有限元模型和分析结果 图１ 梁壳组合结构几何模型和有限元模型示意图图２ 梁壳组合结构及其有限元模型
续表 性 能 压力机型号 Ｊ４４５５ＣＪ４４８０ＪＡ４５１００ＪＡ４５２００Ｊ４５３１５ＪＢ４６３１５ＪＡ４５３７５ 行程次数（次／ｍｉｎ）９８１５８５畅５～９１０５畅５低速行程次数（次／ｍｉｎ）—————１———内滑块最大装模高度（ｍｍ）———９３０１１２０１５５０１２４０外滑块最大装模高度（ｍｍ）———８２５１０７０１２５０１１６０内滑块装模高度调节量（ｍｍ）——１００１６５３００５００３００外滑块装模高度调节量（ｍｍ）————３００５００—最大拉深高度（ｍｍ）２８０４００—３１６４００３９０４００立柱间距（ｍｍ）８００１１２０９５０１６２０１９３０３１５０１８４０ 内滑块尺寸（ｍｍ）左右——５６０９６０１０００２５００１０００前后——５６０９００１０００１３００１０００ 外滑块尺寸（ｍｍ）左右——８５０１４２０１５５０３１５０１７８０前后——８５０１３５０１６００１９００１８００ 垫板尺寸（ｍｍ）左右６００１０００９３０１５４０１８００３１５０１８２０前后７２０１１００９００１４００１６００１９００１６００厚——１００１６０２２０２５０２２０ 气垫压力（压紧力／顶出力）／ｋＮ——５００／８００１０００／１２０—１０００／１６０气垫行程／ｍｍ——３１５４００４４０— 主电动机功率／ｋＷ１５２２２２４０７５１００— 第六节 高速压力机 高速压力机是指滑块行程次数为相同公称压力普通压力机的５～１０倍。高速压力机的行程次数已从每分钟几百次发展到１０００多次，公称压力也从几百千牛（ｋＮ）发展到上千千牛。目前高速压力机主要用于电子仪器仪表、轻工、汽车等行业中特大批量的冲压生产。随着模具技术和冲压技术的发展，高速压力机的应用范围在不断地扩大，数量在不断地增加。 一、高速压力机结构 １．传动系统 如图８１４所示是一台下传动的高速压力机的传动原理图，无级调速电动机经过皮带轮（兼飞轮）驱动曲轴，由拉杆带动滑块上下往复运动，进行冲压
Finite element analysis system development present situation and forecast Along with modern science and technology development, the people unceasingly are making the faster transportation vehicle, the large-scale building, the greater span bridge, the high efficiency power set and the preciser mechanical device. All these request engineer to be able precisely to forecast in the design stage the product and the project technical performance, needs to be static, technical parameter and so on dynamic strength to the structure as well as temperature field, flow field, electromagnetic field and transfusion carries on the analysis computation. For example analysis computation high-rise construction and great span bridge when earthquake receives the influence, has a look whether can have the destructive accident; The analysis calculates the nuclear reactor the temperature field, the determination heat transfer and the cooling system are whether reasonable; Analyzes in the new leaf blade the hydrodynamics parameter, enhances its operating efficiency. The sell may sum up as the solution physics question control partial differential equations often is not impossible. In recent years the finite element analysis which develops in the computer technology and under the numerical analysis method support(FEA, Finite Element Analysis) the side principle for solves these complex project analysis estimation problems to provide the effective way. Our country in " 95 " Plan period vigorously promotes the CAD technology, mechanical profession large and middle scalene terries CAD popular rate from " 85 " End 20% enhances that present 70%.With enterprise application of CAD, engineering and technical personnel has gradually get rid drawing board, and will join the main energy how to optimize the design, engineering and improving the quality of products, computer-aided engineering analysis (CAE. Computer Aided Engineering) method and software will be the key technical elements . ln engineering practice, finite element analysis software and CAD system integration design standards should be a qualitative leap, mainly in the following aspects : The increase design function, reduces the design cost; Reduces design and the analysis cycle period; Increase product and project reliability; Uses the optimized design, reduces the material the consumption or the cost;
标准目录 一、电气及安全 1、GB 5226.1-2008机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件 2、GB/T 24343-2009 工业机械电气设备绝缘电阻试验规范 3、GB/T 24342-2009 工业机械电气设备保护接地电路连续性试验规范 4、GB 4584-2007 压力机用光电保护装置技术条件 5、GB 5091-1985 压力机的安全装置技术要求 6、GB/T 24344-2009 工业机械电气设备耐压试验规范 二、液压及气动 1、GB 3766 液压系统通用技术条件 2、GB 7932 气动系统通用技术条件 3、GB/T 7935-2005 液压元件通用技术条件 三、开式压力机 1、GB/T 23280-2009 开式压力机精度 2、 3、GB/T 14347-2009 开式压力机型式与基本参数 4、JB/T 6580.1-1999 开式压力机技术条件 5、JB/T 6580.2-1999开式压力机性能要求与试验方法 6、JB/T 3847-1999 开式压力机紧固模具用槽、孔的分布形式与尺寸 三、闭式压力机 1、GB/T 10924-2009 闭式单、双点压力机精度 2、 3、JB/T 1647-1999 闭式单、双点压力机型式与基本参数 4、JB/T 9964-1999 闭式压力机技术条件 5、JB/T 3228-1999 闭式压力机紧固模具用槽、孔的分布形式与尺寸 四、高速及多工位 1、JB/T 8782-1998 闭式高速精密压力机精度 2、JB/T 10168-2000闭式高速精密压力机技术条件
3、JB/T 3848-1999 闭式多工位压力机精度 4、JB/T 9961-1999 开式多工位压力机精度 五、锻压机械 1.GB/T 10923-2009 锻压机械精度检验通则 2.JB/T 3623-1984 锻压机械噪声测量方法 3. GB 26483-2011 机械压力机噪声限值（包括开式和闭式） 4.GB/T 17120-1997 锻压机械安全技术条件 5.GB 27607-2011 机械压力机安全技术要求 6.JB/T 1829-1997 锻压机械通用技术条件 7.JB/T 5775-1991 锻压机械灰铸铁件技术条件 8.JB/T 8609-1997 锻压机械焊接件技术条件
中文摘要 压力机是生产大型模锻件的重要加工设备。本文以MP160压力机机身为研究对象，利用有限元分析软ANSYS, 在压力机机架满足足够的应力条件下，进行优化，对于缩短产品开发周期，提高产品质量，降低制造成本，增强企业竞争力具有重要意义。为提高压力机产品的性能、质量和寿命降低产成本提供科学计算分析的依据从而能够增强其产品在市场的竞争力。其主要内容如下： 1、对MP160型压力机机身进行三维实体建模； 2、了解MP160压力机工作性质和工作状态；对其进行工作载荷分析，确定边界 条件及加载方案； 3、划分网格，进行有限元结构静态分析，求出机身的应力和应变分布规律； 4、根据分析结果，在应力集中危险区域采取措施改善应力状况；在低应力区域， 改变相关尺寸变量，以达到减轻部件总体质量的目的。重新进行有限元分析，检验改变尺寸后的刚度和强度。重复进行以上步骤，直到获取最佳方案； 5、对机身模型进行模态分析，求解机身固有频率以及相应的振型等动态参数，分 析其对工作状况的影响。 最后对论文的研究内容进行总结和展望。 关键词：MP160,有限元,ANSYS软件，优化设计
Abstract The press is an important processing equipment for the production of large forgings. In this paper, MP160 press frame as the research object, using finite element analysis software ANSYS, optimization in the press frame satisfy the stress conditions, adequate, to shorten the product development cycle, improve product quality, reduce manufacturing cost, is of great significance to enhance the competitiveness of enterprises. In order to improve the performance, quality and service life of press products reduce costs and provide scientific analysis basis so as to enhance the competitiveness of its products in the market. The main contents are as follows： 1.for the 3D solid modeling of MP160 press frame; 2.understanding of MP160 press the nature of the work and work state; analysis of the work load, boundary conditions and loading scheme; 3.mesh, static finite element analysis, the stress and strain distribution of the fuselage ; 4.according to the analysis results, the stress concentration risk areas to take measures to improve the stress condition; in the low stress area, changing the size variables, in order to reduce the overall quality of components of the objective. Re for finite element analysis, test after changing the size of stiffness and strength. The above steps are repeated, until obtaining the best scheme. 5.the free modal analysis on the model, solving the natural frequencies and corresponding vibration modes of dynamic parameters, and analyzes its influence on the working condition of the. Finally, the research contents of this paper is summarized and prospected. Keywords:MP160 ，finite element analysis ，ANSYS，optimization design
有限元分析软件 有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50 年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC 四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS 在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC 进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA 以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC ABAQUS 软件与ANSYS 软件的对比分析： 1．在世界范围内的知名度：两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS 软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。由于ANSYS 产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS 的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS 软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。 2．应用领域：ANSYS 软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS 则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。 3．性价比：ANSYS 软件由于价格政策灵活，具有多种销售方案，在解决常规的
有限元分析软件的比较（购买必看）－转贴 随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析涡轮机叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element A nalysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面： 增加设计功能，减少设计成本； 缩短设计和分析的循环周期； 增加产品和工程的可靠性； 采用优化设计，降低材料的消耗或成本； 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 进行机械事故分析，查找事故原因。 在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算，FEA在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。国际上早20世纪在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。该系统发展至今已有几十个版本，是目前世界上规模最大、功能最强的有限元分析系统。从那时到现在，世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用灵活、价格较低的专用或通用有限元分析软件，主要有德国的ASKA、英国的PA FEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的产品。 以下对一些常用的软件进行一些比较分析： 1. LSTC公司的LS-DYNA系列软件
机械压力机介绍1 1、机械压力机概述 1.1 机械压力机介绍 机械压力机是在锻压生产中得到广泛应用的锻压设备之一。它几乎可以进行所有的锻压工艺。例如：板料冲压、摸锻、冷热挤压、粉末冶金及冷热精压等。 锻压生产是一种无切屑和少切屑的先进加工工艺。它具有很多的优点，能达到产品质量好，材料消耗少和生产率高的要求。 曲柄压力机是采用机械传动的锻压机器。通过传动系统把电动机的运动和能量传给工作机构，从而使坯料获得确定的变形，制成所需的工件。 机械压力机作为机电液一体化技术密集型产品适用于薄板件的拉深、成型、弯曲、校正、冲裁等各种冷冲压工艺，可广泛用于汽车、拖拉机、电器及国防等工业部门，是加工汽车覆盖件的关健冲压设备。 我公司自1985 年以来先后引进了日本小松公司的机械压力机，德国埃尔富特公司的多 连杆压力机，德国舒勒公司的高速精密压力机等具有世界先进水平的压力机产品，经过近二十年的不断改进、创新，与上述世界著名压力机生产厂不断的技术引进和技术交流，结合用户的实际要求使我公司的产品无论是在产品结构、精度、技术水平均达到国内领先，世界先进水平。目前我公司可生产公称压力400 吨到2000 吨的机械压力机，传动型式可以是曲柄的也可以是多连杆的。我公司生产的压力机具有先进的电气控制系统，可靠的安全保护系统，精确的检测系统，滑块行程可无级调速。控制系统采用了可编程控制器（PC）控制，检 测系统采用了电子凸轮和OK 监视系统，使压力机循环角度与控制角度可随时显示或修正。 两个可移动工作台和模具快速夹紧装置便于提高生产率。我公司研制的大型多连杆压力机不仅公称压力可以达到600 吨、800吨、1000吨、1200 吨1300吨、1500 吨、1600吨和2000吨，（到目前为止我们设计最大吨位的压力机是2600T），而且杆数上也从六杆、八杆到十杆，在国内还没有几家厂家能自行开发研制，所以多连杆压力机的研制成功，填补了国内该项目的空白。 1.2 机械压力机各部分结构及功能 曲柄压力机的工作原理如下：电动机通过三角皮带将运动传给大皮带轮，从而通过齿轮把运动传给偏心齿轮，连杆的上端套在偏心齿轮上，下端与滑块用铰链连接，因此，就将齿轮的旋转运动变成滑块的往复运动。上模装在滑块上，下模装在工作台上。当材料放在 机械压力机介绍1
各种有限元分析软件比较 有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元分析具有确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费等作用，越来越被应用，越来越的有限元分析也不断被开发出来，当我们在做有限元分析时，我们该选择什么样的软件？或者我们该学习什么软件？成了大多数人困惑的问题。看板网根据自己超过十年的有限元分析项目经验和培训经验，对各种有限元分析软件进行了一些比较，希望大家在选择时能够大家做参考。 有限元分析常用软件 国外软件 大型通用有限元商业软件：如ANSYS可以分析多学科的问题，例如：机械、电磁、热力学等；电机有限元分析软件NASTRAN等。还有三维结构设计方面的UG,CATIA,Proe等都是比较强大的。 国内软件 国产有限元软件：FEPG,SciFEA,JiFEX,KMAS等。 当然首先要明确你要用这个软件进行什么分析，一般会用到有限元分析的地方有：1.模流分析；2.结构强度分析；3.电磁场分析；4.谐响应分析（比如查找共振频率）；5. 铸造分析。等等 ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 workbench是一个综合性的有限元分析软件，几乎囊括了所有有限元分析领域，传统的优势领域有强度分析、谐响应分析和电磁分析。workbench是ansys
我对有限元方法的认识 1有限元法概念 有限元方法（The Finite Element Method, FEM）是计算机问世以后迅速发展起来的一种分析方法。每一种自然现象的背后都有相应的物理规律，对物理规律的描述可以借助相关的定理或定律表现为各种形式的方程（代数、微分、或积分）。这些方程通常称为控制方程（Governing equation）。 针对实际的工程问题推导这些方程并不十分困难，然而，要获得问题的解析的数学解却很困难。人们多采用数值方法给出近似的满足工程精度要求的解答。 有限元方法就是一种应用十分广泛的数值分析方法。 有限元方法是处理连续介质问题的一种普遍方法，离散化是有限元方法的基础。 这种思想自古有之：古代人们在计算圆的周长或面积时就采用了离散化的逼近方法：即采用内接多边形和外切多边形从两个不同的方向近似描述圆的周长或面积，当多边形的边数逐步增加时近似值将从这两个方向逼近真解。 近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，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、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃。 国际上早在 60 年代初就开始投入大量的人力和物力开发有限元分析程序。“有限单元”是由Clough R W于1960年首次提出的。但真正的有限元分析软件是诞生于 70 年代初期，随着计算机运算速度的提高，内、外存容量的扩大和图形设备的发展，以及软件技术的进步，发展成为有限元分析与设计软件，但初期其前后处理的能力还是比较弱的，特别是后处理能力更弱。
有限元分析 有限元法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的，所以称为有限元法(FEM，Finite Element Method)。 有限元法是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法.这种类型的问题会在许多工程学科中遇到,如机械设计、声学、电磁学、岩土力学、断裂力学、流体力学等.在机械工程中,有限元分析被光分应用在结构、振动和传热问题上。 有限元法是60年代以来发展起来的新的数值计算方法，是计算机时代的产物。虽然有限元的概念早在40年代就有人提出，但由于当时计算机尚未出现，它并未受到人们的重视。随着计算机技术的发展，有限元法在各个工程领域中不断得到深入应用，现已遍及宇航工业、核工业、机电、化工、建筑、海洋等工业，是机械产品动、静、热特性分析的重要手段。早在70年代初期就有人给出结论：有限元法在产品结构设计中的应用，使机电产品设计产生革命性的变化，理论设计代替了经验类比设计。目前，有限元法仍在不断发展，理论上不断完善，各种有限元分析程序包的功能越来越强大，使用越来越方便。 大约在300年前，牛顿和莱布尼茨发明了积分法，证明了该运算具有整体对局部的可加性。虽然，积分运算与有限元技术对定义
域的划分是不同的，前者进行无限划分而后者进行有限划分，但积分运算为实现有限元技术准备好了一个理论基础。 在牛顿之后约一百年，著名数学家高斯提出了加权余值法及线性代数方程组的解法。这两项成果的前者被用来将微分方程改写为积分表达式，后者被用来求解有限元法所得出的代数方程组。在18世纪，另一位数学家拉格郎日提出泛函分析。泛函分析是将偏微分方程改写为积分表达式的另一途经。 在19世纪末及20世纪初，数学家瑞雷和里兹首先提出可对全定义域运用展开函数来表达其上的未知函数。1915年，数学家伽辽金提出了选择展开函数中形函数的伽辽金法，该方法被广泛地用于有限元。1943年，数学家库朗德第一次提出了可在定义域内分片地使用展开函数来表达其上的未知函数。这实际上就是有限元的做法。 所以，到这时为止，实现有限元技术的第二个理论基础也已确立。 20世纪50年代，飞机设计师们发现无法用传统的力学方法分析飞机的应力、应变等问题。波音公司的一个技术小组，首先将连续体的机翼离散为三角形板块的集合来进行应力分析，经过一番波折后获得前述的两个离散的成功。20世纪50年代，大型电子计算机投入了解算大型代数方程组的工作，这为实现有限元技术准备好了物质条件。1960年前后，美国的R. W. Clough教授及我国的冯康教授分别独立地在论文中提出了“有限单元”，这样的名词。此后，这样
中文摘要 近年来制造业成为国家大力支持和发展的行业，机床工业是制造业的基础与关键。然而，有限元分析技术的应用，对于缩短产品开发周期，提高产品质量，降低制造成本，增强企业竞争力具有重要意义。本文以闭式压力机机身为研究对象，利用有限元分析软件ANSYS 作为分析工具，进行有限元静态、模态分析，并根据分析结果进行机身结构改进设计研究。本文对闭式压力机机身结构进行受力分析，采用均布载荷的方法对机身进行加载，将地脚螺栓加以全约束，然后进行计算处理，对机身的变形大小和应力分布进行分析，从而定量确定机身的薄弱环节，并用有限元方法计算了机身的角变形。由于各项参数都有富余，所以根据分析结果，提出三种改进方案以减少机身材料。 运用ANSYS Workbench进行模态分析，分析其固有频率以及对应的振型。了解该压力机的模态特征和动态特征，为结构的设计和改进提供了理论依据。最后对论文的研究内容进行了总结和展望。 关键词：闭式压力机，有限元，静态分析，改进设计，模态分析
Abstract In recent years, our country has been fully supporting and developing the manufacturing industry, whose foundation and key lies in the machine tool industry. However, the application of finite element analysis is significant in shortening the period of production development, increasing the quality of production, reducing the cost of manufacture and improving the enterprise competitive ability.Static and modal this present dissertation using finite element analysis software ANSYS, and some improvement designs of press frame structure have been recommended based on the results of analysis. This paper analyses the stress put on the frame of closed press, loading on the frame of closed press using uniform load, keeping the anchor bolts to all DOF and then calculating the result.The weakness of the frame is found by analyzing the distribution of stress and deformation. Angular deformation is calculated by FEM. Because all parameters meet the requirements, this paper puts forward three other methods to save material. Modal analysis using ANSYS Workbench is to resolve its inherent frequency and corresponding mode shapes. It can help to understand the modal characteristics and dynamic characteristics of the structure. It also provides a theoretical basis and foundation foe design and improvement of the structure. Finally the paper's research contents are summarized and discussed. Key words:closed press, finite element method, static analysis, improvement designs, modal analysis
分，有上传动式、下传动式；按连杆数目分，有单点式和双点式。而从工艺用途和结构特点上分，有３大类：第一类是采用硬质合金材料的级进模或简单模来冲裁卷料，它的特点是行程很小，但行程次数很高；第二类是以级进模对卷料进行冲裁、弯曲、浅拉深和成形的多用途高速压力机，它的行程大于第一类压力机，但行程次数要低些；第三类是以第二类压力机为基础，将第一、第二类综合为一个统一系列，每个规格有２～３个型号，主要改变行程和行程次数，提高了压力机的通用化程度及经济效益。 第七节 多工位压力机 多工位压力机是一种适合于大批量生产，能够实现板料冲压自动化的压力机。近年来，国内多工位压力机在机械工业、无线电工业、电路仪表工业、轻工产品生产中的使用已逐渐增多，并显示了它的优势。国外已逐步以多工位压力机取代由通用压力机组成的冲压生产线。采用多工位压力机进行冲压生产是提高生产率的有效途径之一。 一、多工位压力机的选择 在选用多工位压力机时应注意下列问题： （１）公称压力。每个工位的最大冲压力，一般不允许超过公称压力的１／３，尽量避免因过大偏载而造成滑块倾斜，使运动精度降低，影响制件精度和模具寿命。为均衡各工位的冲压力，必要时可安排空工位。 （２）滑块行程。选择滑块行程要考虑冲压件的高度ｈ和夹板的送料行程ｓ，一般ｓ取冲压件高度的３倍。 （３）工位数。根据压力机的工位数来确定冲压件的工序，即在不影响压力机生产效率的情况下，可适当增加工序，以使模具结构简单。对某些特殊冲压件，在确定工位数时应注意留有余地，可适当增加空工位，供需要增加工序时用。 （４）工位距。根据冲压坯料的最大直径Ｄ和模具强度要求确定。 （５）送料线高度。指纵向送料夹板底面（或送料平面）到工作台垫板上表面之间的距离，一般取冲压件高度的３～４倍。 二、多工位压力机结构 如图８１９所示的Ｚ８１‐１２５多工位压力机，机身为组合式钢板焊接结构，通过拉紧螺栓预紧，将上梁、左右立柱及工作台联成整体。在上梁上有离合器轴承座、传动轴及曲轴轴承等零部件。左右立柱上装有导轨。主滑块上装有８个小滑块，小滑块的调节量为５０ｍｍ，每个小滑块都有顶料杆，顶料行程为３０ｍｍ，整个滑块部件重量由两个气动平衡缸平衡，电动机通过一级Ｖ形带传动，经摩擦离 ３３４
有限元分析的发展趋势 摘要：1965年“有限元”这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了三十多年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。有限元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。 关键词：有限元分析结构计算结构设计 Abstract: The 1965 "finite" appeared for the first time this term, and today is widely used finite element in engineering, after more than 30 years of history, theory and algorithms have been improved. Finite element discretization of the core idea is to structure, is the actual structure of the supposed discrete combination unit for a limited number of rules, the actual structure to analyse the physical properties can be felt through a discrete body of drawn precision engineering approximation as an alternative to the analysis of actual structures, this would solve a lot of theoretical analysis and practical engineering needed to address complex problems that cannot be resolved. Key words: finite element analysis structural calculation physical design 1 有限元的发展历程 有限元法的发展历程可以分为提出(1943)、发展(1944一1960)和完善(1961-二十世纪九十年代)三个阶段。有限元法是受内外动力的综合作用而产生的。 1943年，柯朗发表的数学论文《平衡和振动问题的变分解法》和阿格瑞斯在工程学中取得的重大突破标志着有限元法的诞生。 有限元法早期(1944一1960)发展阶段中，得出了有限元法的原始代数表达形式，开始了对单元划分、单元类型选择的研究，并且在解的收敛性研究上取得了很大突破。1960年，克劳夫第一次提出了“有限元法”这个名称，标志着有限元法早期发展阶段的结束。 有限元法完善阶段(1961一二十世纪九十年代)的发展有国外和国内两条线索。在国外的发展表现为: 第一，建立了严格的数学和工程学基础;第二，应用范围扩展到了结构力学以外的领域;第三，收敛性得到了进一步研究，形成了系统的误差估计理论;第四，发展起了相应的商业软件包。 近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，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、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面： 一、增加产品和工程的可靠性； 二、在产品的设计阶段发现潜在的问题 三、经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本