雙主機(jī)大梁沖機(jī)身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 有限元分析及優(yōu)化 設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 專 業(yè) 班 級(jí) 指 導(dǎo) 教 師 完 成 日 期 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前期工作材料 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 系 部： 專 業(yè)： 設(shè)計(jì)（論文）題目： 雙主機(jī)大梁沖機(jī)身 結(jié)構(gòu) 有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師： 材 料 目 錄 序號(hào) 名 稱 數(shù)量 備注 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表 1 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 1 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)習(xí)調(diào)研報(bào)告 1 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告（含文獻(xiàn)綜述） 1 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯（含原文） 1 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 1 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 選題、審題表 學(xué) 院 選 題 教 師 姓名 專 業(yè) 專業(yè)技術(shù) 職務(wù) 申報(bào)課題名稱 雙主機(jī)大梁沖機(jī)身 結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 課題性質(zhì) ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 課題來源 A B C D √ √ 課題簡介 本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司。 壓力機(jī)是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì) 壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依 據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。 本課題的目的在于鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程中的實(shí)際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究以及資料、信息獲取和分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中使用計(jì)算機(jī)的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫論文的能力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。 通過本課題的研究，使學(xué)生能夠掌握有限元建模、邊界條件的確定、載荷模擬及結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變場的分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。 設(shè)計(jì)（論文） 要 求 （包括應(yīng)具備的條件） 技術(shù)要求： (1) 要求校核 壓力機(jī)在承載條件下 的剛度和強(qiáng)度； (2) 要求在保證壓力機(jī)強(qiáng)度和剛度的條件下對(duì)壓力機(jī)主要部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)； (3) 分析壓力機(jī)的模態(tài)，并對(duì)壓力機(jī)的工作狀況進(jìn)行評(píng)估。 具備條件 ： (1) 機(jī)房提供學(xué)生完成課題所需計(jì)算機(jī)和有限元分析軟件 (2) 揚(yáng)州大學(xué)圖書館提供學(xué)生所需資料。 課題預(yù)計(jì) 工作量大小 大 適中 小 課題預(yù)計(jì) 難易程度 難 一般 易 √ √ 所在專業(yè)審定意見： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日 院主管領(lǐng)導(dǎo)意見： 簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 系 部： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 畢業(yè)（論文）題目： 雙主機(jī)大梁沖機(jī)身 結(jié)構(gòu) 有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)： 指 導(dǎo) 老 師： 專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人： 發(fā)任務(wù)書日期： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 1、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司。 壓力機(jī)是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì) 壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。 本課題的目的在于鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程中的實(shí) 際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究以及資料、信息獲取和分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中使用計(jì)算機(jī)的能力；培養(yǎng)學(xué)生撰寫論文的能力；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。 通過本課題的研究，使學(xué)生能夠掌握有限元建模、邊界條件的確定、載荷模擬及結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變場的分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。 2、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 務(wù)內(nèi)容 要求運(yùn)用有限元分析軟件 壓力機(jī) 進(jìn)行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機(jī)機(jī)身部件的 強(qiáng)度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。模態(tài)分析可以求出機(jī)身振動(dòng)的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對(duì)液壓機(jī)工作狀態(tài)的影響。這對(duì)于了解液壓機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進(jìn)而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為液壓機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有： （ 1） 對(duì) 壓力機(jī)機(jī)身 進(jìn)行三維實(shí)體建模 ； （ 2） 了解 壓力機(jī) 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對(duì)其進(jìn)行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案； （ 3） 劃分網(wǎng)格，進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機(jī)身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評(píng)價(jià)載荷對(duì)壓力機(jī)工作性能的 影響； （ 4） 對(duì) 機(jī)身 模型進(jìn)行 自由 模態(tài)分析，求解 機(jī)身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作狀況的影響。 （這項(xiàng)選做 ） ； （ 5） 根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險(xiǎn)區(qū)域采取措施改善應(yīng)力狀況；在低應(yīng)力區(qū)域，改變相關(guān)尺寸變量，以達(dá)到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到獲取最佳方案。 始條件及數(shù)據(jù) 該設(shè)備的主要參數(shù)如下 : 型 號(hào) : 公 稱 壓 力 : 1600 標(biāo)準(zhǔn)行程次數(shù) : 25程 50次 /分； 機(jī)身材料是 度 37800 ； 許用角變形 ? ? 1200? ? 微弧； 其他數(shù)據(jù)（材料等）見圖紙。 術(shù)要求 (4) 要求校核 壓力機(jī)在承載條件下的剛度和強(qiáng)度。 (5) 要求在保證液壓機(jī)強(qiáng)度和剛度的條件下對(duì)液壓機(jī)主要部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 （ 3） 分析液壓機(jī)的模態(tài)，并對(duì)液壓機(jī)的工作狀況進(jìn)行評(píng)估。 作要求 （ 1） 在深刻領(lǐng)會(huì)任務(wù)內(nèi)容及要求的基礎(chǔ)上，查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料。（ 20 篇以上，除了教師已列出的文獻(xiàn)），通過查閱文獻(xiàn)資料認(rèn)真研究原始材料，寫出開題報(bào)告； （ 2） 進(jìn)行理論 學(xué)習(xí)、上機(jī)操作、數(shù)據(jù)處理、分析總結(jié)、整理資料，完成與任務(wù)書要求相應(yīng)的工作，并撰寫成畢業(yè)論文，獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)工作； （ 3） 畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)說明書需符合規(guī)范化要求，即：由中外文題名、目錄、中外文摘要、引言（前言）、正文、結(jié)論、謝辭、參考文獻(xiàn)和附錄組成，中文摘要在 400漢字左右，外文摘要在 250 個(gè)實(shí)詞左右，中文題名字?jǐn)?shù)一般不超過 20個(gè)，設(shè)計(jì)說明書、論文或軟件說明書的總字?jǐn)?shù)在 萬漢字； （ 4） 完成英譯中資料一份； （ 5） 畢業(yè)設(shè)計(jì)必須按時(shí)按量在規(guī)定的地點(diǎn)認(rèn)真完成。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 3、對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、 圖表、實(shí)物樣品等）： （ 1） 完成實(shí)習(xí)調(diào)研報(bào)告一份； （ 2） 完成開題報(bào)告一份； （ 3） 完成按本任務(wù)書第二項(xiàng)內(nèi)容所述要求撰寫研究論文 一篇 ，篇幅不少于 2萬字；。 （ 4） 完成英譯中資料一份， 不少于 5000字符 。 4、主要參考文獻(xiàn)： [1] 梁森 D]:[碩士學(xué)位論文 ]. 山東：山 東工業(yè)大學(xué)機(jī)械系， 2001. 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[15] 尚曉江等 . 構(gòu)有限 元高級(jí)分析方法與范例應(yīng)用 16] 章爭榮，孫友松等，開式數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)及其對(duì)剛度的影響，鍛壓機(jī)械，2001， 3 [17] 鐘志華，周彥偉 . 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 [18] 雷小燕 中國鐵道出版社 0 [19] 龔曙光 礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 5、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃 起止日期 工 作 內(nèi) 容 第 1： 第 3： 第 5： 第 8： 第 12－ 13 周： 第 14： 收集閱讀與課題有關(guān)的中英文資料 15篇； 翻譯英文資料 ； 畢業(yè)實(shí)習(xí)，并完成實(shí)習(xí)報(bào)告； 調(diào)查研究、分析課題，提交開題報(bào)告； 有限元軟件（ 作練習(xí)； 對(duì)壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行有限元建模研究； 結(jié)構(gòu)分析，有限元計(jì)算，數(shù)據(jù)處理； 給出優(yōu)化方案及分析結(jié)果； 撰寫畢業(yè)論文； 對(duì)所做工作進(jìn)行總結(jié)、分析、做 備畢業(yè)答辯 。 所在專業(yè)審核意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 學(xué)院意見： 院長： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號(hào) 專 業(yè)： 設(shè)計(jì)（論文）題目： 雙主機(jī)大梁沖機(jī)身 結(jié)構(gòu) 有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 老 師： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 1、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 內(nèi)外液壓機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 壓力機(jī)以其良好的加工工藝性能，廣泛應(yīng)用在各類機(jī)械加工和耐火材料制造企業(yè) [1]。其中 液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一。自 19 世界問世以來發(fā)展很快，已成為工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備之一。由于液壓機(jī)在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國民經(jīng)濟(jì)各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。如板材成型；管、線、型材擠壓；粉末冶金、塑料及橡膠制品成型；膠合板壓制、打包；人造金剛石、耐火磚壓制和炭極壓制成型；輪軸壓裝、校直等等。各類類型液壓機(jī)的迅速發(fā)展，有力的促進(jìn)了各種工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。液壓機(jī)是利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強(qiáng)傳動(dòng)的機(jī)械。油壓機(jī)由主機(jī)及控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成。油壓機(jī)主機(jī)部分包括機(jī)身、液壓缸及充液裝置等。動(dòng)力機(jī)構(gòu) 由油箱、高壓泵、低壓控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)及各種壓力閥和方向閥等組成。動(dòng)力機(jī)構(gòu)在電氣裝置的控制下，通過泵和油缸及各種液壓閥實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動(dòng)作的循環(huán) [2]。 液壓機(jī)作為一種通用的無屑成型加工設(shè)備，其工作特點(diǎn)一是動(dòng)力傳動(dòng)為 “ 柔性 ” 傳動(dòng)，不像機(jī)械加工設(shè)備一樣動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，這種驅(qū)動(dòng)原理避免了機(jī)器過載的情況；二是液壓機(jī)的拉伸過程中只有單一的直線驅(qū)動(dòng)力，沒有 “ 成角的 ” 驅(qū)動(dòng)力，這使加工系統(tǒng)有較長的生命期和高的工件成品率 [3]。液壓機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境污染小等其他設(shè)備不可替代 的性能特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、國防、電力電子、塑料、機(jī)械、冶金和輕工等國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。影響液壓機(jī)質(zhì)量的因素很多，其中液壓機(jī)本體的設(shè)計(jì)水平起著重要的作用。液壓機(jī)本體是液壓機(jī)的重要組成部分，其重量約占整機(jī)重量的 60％以上。液壓機(jī)本體的設(shè)計(jì)水平，對(duì)液壓機(jī)的制造成本、技術(shù)性能和使用壽命有著決定性的影響。我國液壓機(jī)本體的設(shè)計(jì)水平還比較落后，研究關(guān)于液壓機(jī)本體的設(shè)計(jì)方法，對(duì)提高我國液壓機(jī)的整體設(shè)計(jì)水平、增強(qiáng)相關(guān)企業(yè)的生存和發(fā)展能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 世界上第一臺(tái)水壓機(jī)的發(fā)明標(biāo)志著現(xiàn)代液壓技術(shù) 工程應(yīng)用的開始 ,這是由英國科學(xué)家約瑟夫在 1795 年發(fā)明的。由于早期技術(shù)水平的限制即使已經(jīng)發(fā)展了二、三百年的液壓傳動(dòng)技術(shù)在實(shí)際中很長一段時(shí)間內(nèi)沒有得到廣泛應(yīng)用 [4]。在我國，液壓行業(yè)已形成了門類齊全，有一定生產(chǎn)能力和技術(shù)水平，初具規(guī)模的生產(chǎn)科研體系。目前全國約有近 300 家企業(yè)，還有液壓研究室（所），國家級(jí)液壓元件質(zhì)量監(jiān)督檢測中心以及國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。我國液壓工業(yè)重視同國外企業(yè)進(jìn)行有效的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)合作，近年來先后從國外引進(jìn)了很多液壓元件和液壓系統(tǒng)等制造技術(shù)，為提高產(chǎn)品 水平和生產(chǎn)能力起了重要作用。目前已和美國、日本 、德國共同建立了某些合資企業(yè)，這些企業(yè)將推動(dòng)我國液壓工業(yè)的發(fā)展。 在國外，液壓工業(yè)的發(fā)展速度高于機(jī)械工業(yè)。為了滿足用戶的需要，主機(jī)品種日益增多，產(chǎn)品更新速度加快，相應(yīng)要求液壓元件增加品種，實(shí)現(xiàn)多樣化，因而液壓件屬于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品相對(duì)減少，大部分屬于成批或小批生產(chǎn)。為適應(yīng)這種動(dòng)向，國外生產(chǎn)方式也有所變化。 國內(nèi)、外有些廠家采用可編程控制器控制方式，如天津鍛壓機(jī)械廠有近 54％的產(chǎn)品裝有 過采用 制，使系統(tǒng)的控制性能和可靠性大大提高。丹麥的紅血們公司采用 可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和位移 的控制。而與國外發(fā)展情況相比，國內(nèi)極少有采用工業(yè)控制機(jī)控制方式的產(chǎn)品，成熟的產(chǎn)品是采用可編程控制器的控制方式 [5]。 走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個(gè)方面：（ 1）減少能耗，充分利用能量；（ 2）泄漏控制；（ 3）污染控制；（ 4）主動(dòng)維護(hù)，提高故障診斷水平；（ 5）機(jī)電一體化；（ 6）液壓 術(shù)。 限元的發(fā)展及現(xiàn)狀 有限元法是計(jì)算力學(xué)中的一種重要的方法，它是 20 世紀(jì) 50 年代末 60 年代 初興起的應(yīng)用教學(xué)、現(xiàn)代力學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)相互滲透、綜合利用的邊緣科學(xué)。有限元發(fā)展至今，已由二維問題擴(kuò)展到三維問題、板殼問題，由靜力學(xué)問題擴(kuò)展到動(dòng)力學(xué)問題、穩(wěn)定性問題，由結(jié)構(gòu)力學(xué)擴(kuò)展到流體，力學(xué)、電磁學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科，由線性問題擴(kuò)展到非線性問題，由彈性材料擴(kuò)展到彈塑性。塑性、黏塑性和復(fù)合材料，從航空技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展到航天、土木建筑、機(jī)械制造、水利工程、造船、電子技術(shù)及原子能等。由單一物理場的求解擴(kuò)展到多物理場的耦合，其應(yīng)用的深度和廣度都得到了極大地拓展 [6]。 有限元法的基本思路是將計(jì)算域劃分為有限個(gè)互不重疊的單元 ，在每個(gè)單元內(nèi) ,選擇一些合適的節(jié)點(diǎn)作為求解函數(shù)的插值點(diǎn) ,將微分方程中的變量改寫成由各變量或其導(dǎo)數(shù)的節(jié)點(diǎn)值與所選用的插值函數(shù)組成的線性表達(dá)式 ,借助于變分原理或加權(quán)余量法，將微分方程離散求解 [7]。 有限元法是 943年首先提出的 [8]。自從提出有限元概念以來 ,有限元理論及其應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。過去不能解決或能 ； 解決但求解精度不高的問題 ,都得到了新的解決方案。 傳統(tǒng)的 分析域是無限的 ； 材料是同質(zhì)的 ,甚至在大部分的分析中認(rèn)為材料是各向同性的 ;對(duì)邊界條件簡化處理。但實(shí)際問題往 往是分析域有限、材料各向異性或邊界條件難以確定等 [9]。1956 年，第一篇有限元文章發(fā)表，正式拉開了有限元發(fā)展的歷史 [10]。自從 1965 年 “有限元 ”這個(gè)名詞第一次出現(xiàn)，到今天有限元方法在工程上得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)經(jīng)歷了四十年的發(fā)展歷史，理論和算法都已經(jīng)日趨完善。近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和計(jì)算速度的不斷提高，有限元分析在工程設(shè)計(jì)和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分析計(jì)算問題的有效途徑，現(xiàn)在從汽車到航天飛機(jī)幾乎所有的設(shè)計(jì)制造都已離不開有限元分析計(jì)算，其在機(jī)械制造、材料加工、航空航天、 汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源、科學(xué)研 究等各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用已使設(shè)計(jì)水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。主要表現(xiàn)如下幾方面：增加產(chǎn)品和工程的可靠性；在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)潛在的問題；經(jīng)過分析計(jì)算，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低原材料成本；縮短產(chǎn)品投向市場的時(shí)間；模擬試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)次數(shù)，從而減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi) [11][12][13]。 在有限元法應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展、求解精度不斷提高的同時(shí) , 有限元也從分析比較向優(yōu)化設(shè)計(jì)方向發(fā)展 [14]。印度 士用 拖拉機(jī)前橋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) ,結(jié)果不但降 了約 40%的前橋自重 ,還避免了在制造過程中的大量焊接工藝 ,降低了生產(chǎn)成本。有限元在國內(nèi)的應(yīng)用也十分廣泛。自從我國成功開發(fā)了國內(nèi)第一個(gè)通用有限元程序系統(tǒng) ,有限元法滲透到工程分析的各個(gè)領(lǐng)域中 ,從大型的三峽工程到微米級(jí)器件都采用有限元進(jìn)行分析 [15在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中擁有廣闊的發(fā)展前景。 有限元的發(fā)展趨勢：（ 1）與 無縫合成（ 2）更強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力 （ 3）由求解線性問題發(fā)展到求解非線性問題 （ 4）由單一結(jié)構(gòu)場求解發(fā)展到耦合場問題求解 （ 5）程序面向用戶具有開放性。 件簡介 一款以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用 件 ,是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí) 具之一，該軟件是由美國 司研制開發(fā)的融結(jié)構(gòu)、流 體、熱、聲、電磁等學(xué)科于一體的大型通用有限元分析軟件 [17]。 在 際質(zhì)量體系認(rèn)證中， 件是第一個(gè)通過認(rèn)證的大型分析設(shè)計(jì)類軟件。它對(duì)包括幾何建模、網(wǎng)格劃分、求解、后處理 、優(yōu)化設(shè)計(jì)等在內(nèi)的模塊都具有一體化的處理技術(shù) [18]。 的 塊提供了完整的結(jié)構(gòu)分析功能，包括幾何非線性材料非線性各種動(dòng)力分析等計(jì)算 能力，此程序包在結(jié)構(gòu)分析方面具有強(qiáng)大的功能。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，常常會(huì)遇到各種各樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析問題：如機(jī)械結(jié)構(gòu)受力，變形及內(nèi)部應(yīng)力情況等等利用 件對(duì)機(jī)械模進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，通過應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D直觀展示構(gòu)件的性能特點(diǎn)，從而為解決機(jī)械結(jié)構(gòu)中常見的問題提供理論依據(jù)。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是由設(shè)計(jì)者提供幾個(gè)不同的設(shè)計(jì)方案，從中比較，挑選出最優(yōu)的方案。這種方法，往往是建立在設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再加上資源時(shí)間的限制，提供的可選方案個(gè)數(shù)有限，往往不一定是最優(yōu)的方案。如想獲得最佳的方案，就要提供更多的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較， 這就需要大量的資源，單靠人力往往難以做到 [19]。將 于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)仿真分析的結(jié)果進(jìn)一步了解機(jī)構(gòu)的性能特點(diǎn)，主動(dòng)地尋求最佳設(shè)計(jì)方案，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更為合理，從而有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量與工作性能[20]。 一個(gè)典型的 析過程可分為以下三個(gè)步驟：（ 1）創(chuàng)建有限元模型。包括創(chuàng)建或讀入幾何模型；定義材料屬性；劃分單元（節(jié)點(diǎn)及單元）；（ 2）施加載荷進(jìn)行求解。包括施加載荷及邊界條件；求解；（ 3）查看結(jié)果。包括查看分析結(jié)果；檢驗(yàn)分析是否正確。壓力機(jī)的可靠性、安全性、加工精度和使用壽 命等是機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)床運(yùn)行應(yīng)考慮的主要問題，基于此，利用 件對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行靜態(tài)分析、模態(tài)分析和諧響應(yīng)應(yīng)分析，通過分析得出壓力機(jī)的靜剛度、前六階振型及固有頻率，為評(píng)價(jià)壓力機(jī)的動(dòng)靜態(tài)特性以及后面的設(shè)計(jì)改造提供了 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為這種類型的壓力機(jī)設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了參考 [21]。 [參考文獻(xiàn) ]： [1] 董建興 D]2] 朱釩 ,張志，張道富，李慶亮 ,司徒忠 機(jī)床與液壓， 2000. 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[21] 王亞利 件在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 [M]佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 10062014）03 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 2、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 題來源 本課題來源于江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司。 壓力機(jī)是該公司根據(jù)市場需求而開發(fā)研制的產(chǎn)品。要求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì) 壓力機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過本課題的研究 ,為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。 題分析（研究或解決的問題） 運(yùn)用有限元分析軟件 壓力機(jī) 進(jìn)行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用靜態(tài)有限元分析，校核液壓機(jī)機(jī)身部件的強(qiáng)度和剛度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。模態(tài)分析可以求出機(jī)身振動(dòng)的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對(duì)液壓機(jī)工作狀態(tài)的影響。這對(duì)于了解液壓機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進(jìn)而改善其結(jié)構(gòu)有重要的意義，為液壓機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。主要任務(wù)內(nèi)容有： 對(duì) 壓力機(jī)機(jī)身 進(jìn)行三維實(shí)體建模； (1) 了解 壓力機(jī) 工作性質(zhì)和工作狀態(tài) ；對(duì)其進(jìn)行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案； (2) 劃分網(wǎng)格，進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機(jī)身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評(píng)價(jià)載荷對(duì)壓力機(jī)工作性能的影響； (3) 對(duì) 機(jī)身 模型進(jìn)行自由模態(tài)分析，求解 機(jī)身 固 有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作狀況的影響； (4) 根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險(xiǎn)區(qū)域采取措施改善應(yīng)力狀況；在低應(yīng)力區(qū)域，改變相關(guān)尺寸變量，以達(dá)到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到獲取最佳方案。 案定制 (1) 先熟悉和了解 件和 件； (2) 在 畫出 壓力機(jī)的三維模型； (3) 將精整壓力機(jī)的模型導(dǎo)入 件； (4) 添加材料特性：機(jī)身材料是 度 ρ=7800㎏ / (5) 對(duì)單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃 分，遵循 “均勻應(yīng)力區(qū)粗劃，應(yīng)力梯度大的區(qū)域細(xì)劃 ”的原則； (6) 對(duì)模型選擇自由端和固定端，并添加約束條件； (7) 對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行加載：設(shè)備在工作時(shí)承受兩個(gè)相反方向的載荷，機(jī)身所受載荷簡化為對(duì)機(jī)身的兩個(gè)方向的均布載荷； (8) 對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行應(yīng)力場分析； (9) 分析壓力機(jī)在加載情況下機(jī)身變形情況以及應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律； (10) 對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析優(yōu)化，評(píng)價(jià)載荷對(duì)壓力機(jī)工作性能的影響，從而選擇合適的機(jī)身 尺寸和材料厚度，盡量減輕機(jī)身的重量； (11) 對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行自由模態(tài)分析，得到機(jī)身結(jié)構(gòu)的固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作的狀況的影響； (12) 通過分析結(jié)果，改善應(yīng)力狀況和改變相關(guān)尺寸變量，以減輕總體質(zhì)量，然后進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)剛度和強(qiáng)度，依次重復(fù)以上步驟，直至取得最佳方案。 課題分析 尋找相關(guān)資料，如文獻(xiàn)、圖紙尺寸等 進(jìn)行三維建模 將三維模型導(dǎo)入 件 添加材料特性 網(wǎng)格劃分 添加約束 添加載荷 進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析 進(jìn)行模態(tài)分析 剛度和強(qiáng)度是否達(dá)要求 用 據(jù)壓力機(jī)的尺寸畫出三維模型 先了解 件的基本操作 材料特性：機(jī)身材料是 度ρ =7800㎏ /設(shè)置好網(wǎng)格參數(shù) 選擇固定約束，選擇固定端和自由端 求得機(jī)身應(yīng)力及應(yīng)變的分布規(guī)律 得出機(jī)身固有頻率及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù) 得出最佳方案 改善應(yīng)力狀況和 改變機(jī)身尺寸 課題進(jìn)度安排 起止日期 工作內(nèi)容 收集閱讀與課題有關(guān)的中英文資料 15 篇； 翻譯英文資料 畢業(yè)實(shí)習(xí)，并完成實(shí)習(xí)報(bào)告 調(diào)查研究、分析課題，提交開題報(bào)告； 有限元軟件（ 作練習(xí) 對(duì)壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行有限元建模研究； 結(jié)構(gòu)分析，有限元計(jì)算，數(shù)據(jù)處理； 給出優(yōu)化方案及分析結(jié)果 ；撰寫畢業(yè) 論文 ； 對(duì)所做工作進(jìn)行總結(jié)、分析、做 備畢業(yè)答辯 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 指導(dǎo)教師意見： 1、對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語： 2、對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測： 指導(dǎo)老師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 選題情況 課題名稱 雙主機(jī)大梁沖機(jī)身結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工 作 量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化 的要求 任 務(wù)書 有 √ 無 開題報(bào)告 有 √ 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 √ 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度 出勤情況 好 √ 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 √ 慢 中期工作匯報(bào)及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績?cè)u(píng)定： 所在專業(yè)意見： 負(fù)責(zé)人 年 月 日 實(shí)習(xí)報(bào)告 為做好畢業(yè)設(shè)計(jì)，老師組織我們參觀實(shí)習(xí)，這是我們機(jī)械專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分，并作為一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目列入畢業(yè)設(shè)計(jì)的安排中。其目的在于通過實(shí)習(xí)使學(xué)生獲得基本生產(chǎn)的感性知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識(shí)面；同時(shí)專業(yè)實(shí)習(xí)又是鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生業(yè)務(wù)能力及素質(zhì)的重要渠道，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生具有創(chuàng)新的精神，拓展我們的發(fā)散性思維，也是學(xué)生接觸社會(huì)的一個(gè)重要途徑，體驗(yàn)企業(yè)工作的內(nèi)容和方法。這些實(shí)際知識(shí)，對(duì)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中起著十分有意義的作用。同時(shí)對(duì)我們以后在工作崗位上是從事技術(shù)方面的工 作還是管理方面的工作，都將有很大的幫助。 在老師的安排下，我們參觀了揚(yáng)州揚(yáng)力集團(tuán)。 揚(yáng)力集團(tuán)始創(chuàng)于 1966年，總部坐落于長三角沿江工業(yè)走廊核心區(qū)域的揚(yáng)州市邗江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。現(xiàn)有員工 6000余人，占地面積 1600畝，注冊(cè)資本 1億元，資產(chǎn)總額 22億元。憑借得天獨(dú)厚的區(qū)域環(huán)境和自身優(yōu)勢，揚(yáng)力集團(tuán)以 46年的光輝歷程，創(chuàng)造了我國鍛壓機(jī)床發(fā)展史上一個(gè)又一個(gè)奇跡，先后榮獲“國家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)”、“中國鍛壓機(jī)床排頭兵”、“中國機(jī)械企業(yè) 500 強(qiáng)”、“全國五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”等榮譽(yù)和稱號(hào)。 2008 年，揚(yáng)力商標(biāo)被國家工商總局正 式認(rèn)定為“中國馳名商標(biāo)”。 長期以來，揚(yáng)力集團(tuán)致力于沖、剪、折、激光等各類中高端金屬板材設(shè)備的開發(fā)研制，實(shí)施以“品牌、品質(zhì)、品位”為一體的“三品”戰(zhàn)略，打造技術(shù)一流的職工團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)造國內(nèi)領(lǐng)先的產(chǎn)品品牌，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、汽車、家電、五金、造幣等生產(chǎn)領(lǐng)域，并遠(yuǎn)銷歐美、東 南亞等幾十個(gè)國家和地區(qū)。集團(tuán)下轄揚(yáng)力重機(jī)、揚(yáng)力數(shù)控、揚(yáng)力精機(jī)、揚(yáng)力液壓、揚(yáng)力機(jī)床等五家全資或控股企業(yè)，形成技術(shù)綜合開發(fā)、生產(chǎn)配套成龍、營銷網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)作、服務(wù)一體化運(yùn)行的現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)實(shí)體。為了實(shí)施技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新，集團(tuán)組建了技術(shù)力量雄厚，軟硬件精良 的省級(jí)工程中心，下設(shè)壓力機(jī)、重型機(jī)床、精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、液壓設(shè)備研究所，與國內(nèi)外眾多科研院所建立了穩(wěn)定的合作體系。近年來，揚(yáng)力集團(tuán)先后獲國家及省、市級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng) 32 項(xiàng)，獲國家專利技術(shù)與產(chǎn)品 132項(xiàng)，承擔(dān)國家“火炬計(jì)劃”、“星火計(jì)劃”項(xiàng)目 15 項(xiàng)，成為全國數(shù)控金屬板材設(shè)備產(chǎn)業(yè)基地骨干企業(yè)和國家鍛壓機(jī)械壓力機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)核心企業(yè)。 隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化步伐的加快，今天的揚(yáng)力人正將目光聚焦世界，不惜重金引進(jìn)技術(shù)、引進(jìn)人才、擴(kuò)大投入，瞄準(zhǔn)國際一流水平，加大產(chǎn)品與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，努力實(shí)施從“數(shù)量擴(kuò)張型”到“技 術(shù)創(chuàng)新型”，“質(zhì)量增長型”和“服務(wù)推進(jìn)型”轉(zhuǎn)變，以“務(wù)實(shí)、創(chuàng)新、卓越”的精神風(fēng)范和“創(chuàng)新轉(zhuǎn)型、揚(yáng)力快行”的發(fā)展思路投身“十二五”高端制造的浪潮之中，向著百億企業(yè)、百年揚(yáng)力的目標(biāo)昂然邁進(jìn)。 我們主要參觀的是壓力機(jī)產(chǎn)品，揚(yáng)力集團(tuán)的壓力機(jī)產(chǎn)品有：高精度、高性能壓力機(jī)，氣動(dòng)開式固定臺(tái)壓力機(jī)，閉式壓力機(jī)，半閉式壓力機(jī)，高速壓力機(jī)，行程可調(diào)壓力機(jī)，普通型開式安全 型，深喉壓力機(jī)等等。其中高精度、高性能壓力機(jī)有 性能壓力機(jī)，列開式單點(diǎn)高精度、高性能壓力機(jī)， 列龍門型單點(diǎn)高性能 壓力機(jī)， 列龍門型單點(diǎn)高性能壓力機(jī)；氣動(dòng)開式固定臺(tái)壓力機(jī)有 列干式離合、壓塌式保險(xiǎn)開式固定臺(tái)壓力機(jī)， 壓保險(xiǎn)開式固定臺(tái)壓力機(jī)， 列濕式離合、液壓保險(xiǎn)高性能壓力機(jī)，列多連桿開式固定壓力機(jī)， 列大工作面高性能雙點(diǎn)壓力機(jī)；閉式壓力機(jī)有列龍門型雙點(diǎn)高性能壓力機(jī)、 列龍門型單點(diǎn)高性能壓力機(jī)、 列閉式單點(diǎn)壓力機(jī) 閉式有 這次實(shí)習(xí)讓我明白了只有實(shí)踐才能讓我們提高，學(xué)習(xí)書本的知識(shí)，是為了在實(shí)踐中運(yùn)用，在從中體會(huì)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高自身技能和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。學(xué)習(xí)理論是為實(shí)踐做準(zhǔn)備，掌握好理論原理，才能在實(shí)踐過程中不盲從，或者不知所云。我必須加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐的結(jié)合，以使自己將來進(jìn)入公司能 盡快的適應(yīng)公司， 適應(yīng)社會(huì)。為整個(gè)機(jī)械行業(yè)， 為整個(gè)社會(huì)做出自己的一份貢獻(xiàn)。 為未來做好充分的準(zhǔn)備，才能立足于這個(gè)競爭激勵(lì)的社會(huì)。 I 中文摘要 壓力機(jī)是生產(chǎn)大型模鍛件的重要加工設(shè)備 。本文以 力機(jī)機(jī)身為研究對(duì)象 ， 利用有限元分析軟 在壓力機(jī)機(jī)架滿足足夠的 應(yīng)力 條件下， 進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，增強(qiáng)企業(yè)競爭力 具有重要意義 。為提高壓力機(jī)產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和壽命降低產(chǎn)成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)從而能夠增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場的競爭力。其主要內(nèi)容如下： 1、對(duì) 壓力機(jī)機(jī)身 進(jìn)行三維實(shí)體建模； 2、了解 力機(jī)工作性質(zhì)和工作狀態(tài)；對(duì)其進(jìn)行工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案； 3、劃分網(wǎng)格，進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出機(jī)身的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律； 4、根據(jù)分析結(jié)果，在應(yīng)力集中危險(xiǎn)區(qū)域采取措施改善應(yīng)力狀況；在低應(yīng)力區(qū)域，改變相關(guān)尺寸變量，以達(dá)到減輕部件總體質(zhì)量的目的。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到獲取最佳方案； 5、對(duì) 機(jī)身 模型進(jìn)行模態(tài)分析，求解 機(jī)身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作狀況的影響。 最后對(duì)論文的研究內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和展望。 關(guān)鍵詞： 限元 ,件，優(yōu)化設(shè)計(jì) he is an of In as in to is of to of In to of so as to of in as 1. D 2. of of 3. of 4. to to to in in to of of Re of 5. on of on of of is 目錄 中文摘要 ..................................................................................................................... I .................................................................................................................... 一章 緒論 ........................................................................................................... 力機(jī)發(fā)展的現(xiàn)狀 ....................................................................................... 限元法的介紹 ........................................................................................... 件的介紹 ........................................................................................ V 課題來源及研究的目的和意義 ................................................................ 課題來源 .............................................................................................. 研究的目的和意義 .............................................................................. 本課題需要研究的內(nèi)容和要解決的問題 ........................................ 二章 壓力機(jī)機(jī)身的靜態(tài)分析 ...................................................................... 身簡介 ........................................................................................................ 限元模型的建立 ........................................................................................ 單元類型的選取 .................................................................................... X 加材料常數(shù) ........................................................................................ X 格的劃分 ............................................................................................ X 界條件的施加 .................................................................................. 算結(jié)果分析 ............................................................................................ 應(yīng)力和變形要求 .............................................................................. 應(yīng)力圖形顯示 ................................................................................... 變形圖顯示 ....................................................................................... 應(yīng)力分析 .......................................................................................... 變形分析 .......................................................................................... 討論 ................................................................................................ 三章 機(jī)身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 .........................................................................