[发明专利]基于工程机械结构设计的轻量化方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械设计领域，具体地，涉及一种基于工程机械结构设计的轻量化方法。

背景技术

近年来，随着工程机械行业的迅速发展，轻量化将成为行业的主要发展技术方向之一。工程机械轻量化，特别是工程机械结构的研究应用对推动工程机械快速发展有重要意义,可有效降低设备质量,提高产品性能,节约资源与能源。对降低作业过程中的能耗与废气排放、降低噪声等都具有直接影响，具有巨大的节能减耗潜力。

工程机械结构件所指的是钢板焊接结构件；比如铲斗、车架、摇臂是非常重要的承载结构，其内部结构比较复杂，它主要由若干梁板和筋板焊接而成的一个刚性框架，形成起升机构或者是运行机构部件的机座或支架。这种机械结构布局要求焊接工艺良好，但是存机构布置松散，尺寸偏大，重量偏重。 

我国工程机械结构件的设计制造大都具有太大的安全系数， 结构笨重， 从而导致材料浪费，基建费用增加。随着现代设计方法的出现，我国生产的工程机械结构件在此方面的问题越来越突出。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于工程机械结构设计的轻量化方法，以实现节约钢材和降低成本，并提高运行稳定性与安全性的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于工程机械结构设计的轻量化方法，包括以下步骤：

步骤一、应用工程机械结构件参数化集成设计系统快速生成工程机械结构件模型，运用静力学解析法对工程机械结构件模型中的各个主要梁进行分析，将梁的模型简化成箱型梁或工字梁截面；

步骤二、将上述经过静力学解析法的工程机械结构件模型进行简化处理，然后再以*.x_t 格式保存简化处理后工程机械结构件模型文件，并将*.x_t 格式的工程机械结构件模型文件导入到有限元分析模型中，有限元分析模型从总体和局部上模拟和组合工程机械结构件模型，并对工程机械结构件模型进行动静态的线性与非线性分析；

步骤三、结合 Ansys 拓扑优化模块，以拓扑优化的均匀化方法对工程机械结构件模型的结构件进行优化分析，并在得出的结果基础上实行尺寸优化和形状优化，并再次利用工程机械结构件参数化集成设计系统生成设计模型，然后对得出的设计模型进行校核，校核如果没有达到设计要求，则重新进行尺寸和形状优化设计，直到达到设计要求。 

优选的，所述工程机械结构件参数化集成设计系统，是基于UG8.0 三维软件对工程机械结构件进行建模的系统。

优选的，所述步骤二中有限元分析模型从总体和局部上模拟和组合工程机械结构件模型，并对工程机械结构件模型进行动静态的线性与非线性分析具体为：采用有限元法，首先将其分解为独立的梁进行分析；然后将工程机械结构件作为整体框架计算，并对它们进行模态和静力学分析，得出结构整体的应力分布，并和材料许用应力比较。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过模拟建模对机械结构进行仿真，然后对仿真模型进行优化，从而采用合理的结构，减轻结构件自重，并优化结构件的应力分布， 达到节约消耗钢材和降低成本，并提高运行稳定性与安全性的目的。同时还因减轻了各部结构所承受的载荷而节省大量材料费用。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的基于工程机械结构设计的轻量化方法的原理框图；

图2为发明实施例所述的工程机械结构件参数化集成设计系统建模使用参考图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于工程机械结构设计的轻量化方法，包括以下步骤：

步骤一、应用工程机械结构件参数化集成设计系统快速生成工程机械结构件模型，运用静力学解析法对工程机械结构件模型中的各个主要梁进行分析，将梁的模型简化成箱型梁或工字梁截面；

步骤二、将上述经过静力学解析法的工程机械结构件模型进行简化处理，然后再以*.x_t 格式保存简化处理后工程机械结构件模型文件，并将*.x_t 格式的工程机械结构件模型文件导入到有限元分析模型中，有限元分析模型从总体和局部上模拟和组合工程机械结构件模型，并对工程机械结构件模型进行动静态的线性与非线性分析；