工作臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究現(xiàn)狀|加工中心
1.2.3工作臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外在進行結(jié)構(gòu)體設(shè)計過程中,，無論單個零部件還是裝配體部件都 要面臨一個問題一結(jié)構(gòu)強度問題。結(jié)構(gòu)強度問題一般需要從四個方面進行解決： 結(jié)構(gòu)應(yīng)力方面,、材料力學(xué)性能方面、強度理論[2()]和振動理論,。當(dāng)前,，大部分固 體力學(xué)計算將結(jié)構(gòu)應(yīng)力方面的問題作為重點，而材料力學(xué)性能是通過材料實驗 結(jié)合材料結(jié)構(gòu)條件進行解決,，強度理論則是在兩者聯(lián)合研究的基礎(chǔ)上創(chuàng)建與之 相應(yīng)的強度理論,。具體而言,，就是研究材料在復(fù)雜應(yīng)力下發(fā)生破壞的規(guī)律，并 建立一套與之相適應(yīng)的強度計算準(zhǔn)則及理論[2()],，振動理論是在強度理論的基礎(chǔ) 上進行模型建立,、振動分析、參數(shù)識別等,。1,、結(jié)構(gòu)設(shè)計的兩個階段：傳統(tǒng)設(shè)計階段和優(yōu)化設(shè)計[21]階段。傳統(tǒng)設(shè)計主要是依靠工程師或設(shè)計師自身具備的理論和豐富的實踐經(jīng)驗根 據(jù)客戶的需求進行設(shè)計,，此過程需要不斷的修改和完善,，主要過程包括：設(shè)計人 員根據(jù)客戶要求首先進行概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計和材料選擇等準(zhǔn)備,，然后按 照手冊要求進行受力分析開始進行初始方案設(shè)計,，再根據(jù)結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果再去 校核結(jié)構(gòu)的剛度、強度等,，如果設(shè)計的成本不符合要求還要進行修改,，該過程 效率太低,、耗時太長,、成本太高，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前市場快節(jié)奏的變化需求,。正是對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的不滿足,，才有了對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的迫切追求。 優(yōu)化設(shè)計采用發(fā)散性思維,，為達到目的“不擇手段”,。根據(jù)客戶要求，在進行設(shè) 計時,，不再僅局限于機械工程領(lǐng)域,，還要從其它領(lǐng)域進行考慮，總之就是要快 速,、高效的完成任務(wù),。這正是國外機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化快速發(fā)展的核心。2,、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展從1960年論文開始提及“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”算起,，到今天結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)展成為一門獨 立的學(xué)科已有五十多年[22]。從原來只是將不同的設(shè)計方案進行比較得到最好的 一個方案到現(xiàn)在不同理論進行交叉運用得到的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的 發(fā)展經(jīng)歷了三個主要階段[23],。第一階段是采用有限元數(shù)值分析手段，以結(jié)構(gòu)截 面尺寸作為設(shè)計變量,，以常規(guī)單元(如桿件截面積,、梁單元尺寸、膜或板以及殼單 元的厚度等)的幾何變量作為參數(shù)，以減輕結(jié)構(gòu)重量或減小結(jié)構(gòu)尺寸,，充分發(fā)揮材 料的機械性能為優(yōu)化目標(biāo),。其研究和應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，此階段被稱為截面尺 寸優(yōu)化設(shè)計階段,。第二階段主要研究如何確定連續(xù)體結(jié)構(gòu)的邊界形狀或內(nèi)部結(jié) 構(gòu),，例如桿系結(jié)構(gòu)的節(jié)點位置優(yōu)化，連續(xù)體結(jié)構(gòu)應(yīng)力或溫度場分布優(yōu)化等,。目前,， 在連續(xù)體結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計中，只有在特別簡單的區(qū)域形狀中,，才能對給定區(qū)域 形狀或邊界條件的微分方程求得解析解,。因此，還沒有真正解決連續(xù)體結(jié)構(gòu)的形 狀優(yōu)化問題是幾何形狀優(yōu)化階段,。第三階段是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計階段,。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè) 計就是通過一定的算法使得設(shè)計結(jié)果在滿足約束的條件下派生出一個或一組結(jié) 構(gòu)，因為派生的結(jié)構(gòu)可能在幾何形式,、單元形式等方面突破了初始結(jié)構(gòu)的布局,， 故稱其為結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。在近二十年,，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計研究更是得到了快速發(fā)展, 研究出了多個優(yōu)化模型,，包括：變質(zhì)量、變密度及均勻化等,。優(yōu)化模型開始朝著 以結(jié)構(gòu)的剛度******(也即柔順度最小)為目標(biāo),，以體積或重量為約束的方向發(fā)展[25]。目前,，回轉(zhuǎn)工作臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件比較多,，而且各零部件之間有許多的連 接方式，包括：電機與蝸桿通過聯(lián)軸器進行的連接,，蝸輪蝸桿的連接,，蝸輪與 工作轉(zhuǎn)臺之間的連接，工作轉(zhuǎn)臺與轉(zhuǎn)臺座通過圓柱滾子軸承的連接等[26],。所有 對于回轉(zhuǎn)工作臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要采用“動力學(xué)模型修正[27] ”是非常困難的,。 當(dāng)前對于回轉(zhuǎn)工作臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本方法和思路可以總結(jié)歸納為：先在 CAD三維軟件環(huán)境中，如SOLIDWORKS,進行實體建模,，以抓大放小的簡化原則,，對模型進行合理簡化；其次利用CAD三維軟件和有限元軟件的兼容性,， 建立工作臺的有限元模型,；接著對有限元模型進行試驗?zāi)B(tài)分析得到系統(tǒng)的固 有頻率和振型,；根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置工作臺的目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計變量和約束條件,， 得到更符合實際的有限元模型,，提高工作臺工作性能，從而達到優(yōu)化的目的,。本文采摘自“加工中心回轉(zhuǎn)工作臺的動態(tài)性能研究及優(yōu)化設(shè)計”,，因為編輯困難導(dǎo)致有些函數(shù)、表格,、圖片,、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章,！本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考,，轉(zhuǎn)載請注明！ span>