筒體自動組對、焊接工作站設(shè)計【含CAD圖紙、說明書答辯稿】
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學(xué)生用表 1
本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告
學(xué)院： 工程學(xué)院 系： 機(jī)械系 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)號
姓名
班名
畢業(yè)論文
（設(shè)計）題目
筒體自動組對、焊接工作站設(shè)計（結(jié)構(gòu)件力學(xué)計算、建模仿真）
指導(dǎo)教師
所在單位、部門
職稱
教授
一、研究的目的和意義
合眾公司壓力容器制造筒體組對工藝從 70 年代沿用至今，所用的工藝比較落后，同時容易對容器筒體造成機(jī)械損傷，造成其表面的應(yīng)力集中而影響設(shè)備的安全性、可靠性以及其使用壽命。故急需研制壓力容器筒體自動組對焊接工作站，實現(xiàn)壓力容器制作筒體組對焊接自動化，提高生產(chǎn)效率，改善工作環(huán)境。
本次研究使用有限元對圓筒直徑，厚度錯邊量及所需的集中力進(jìn)行了理論分析，從分析數(shù)據(jù)中得到最佳的壓力值，并選擇合適的液壓缸作為后續(xù)設(shè)計的基本參數(shù)；并針對實際生產(chǎn)中常出現(xiàn)的雞胸問題經(jīng)行深入分析，確定自動組對焊接工作站在實際生產(chǎn)中的工作能力。
二、國內(nèi)外研究（設(shè)計）發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)展水平與存在問題
國際上早在 60 年代就開始投入大量的人力與物力開發(fā)有限元分析程序，但在近 15 年以來，CAE 軟件才以比較快的速度發(fā)展起來。現(xiàn)代的CAE 軟件相對以前無論是在功能、性能、用戶界面和前、后處理能力，都進(jìn)行了很大的改進(jìn)與擴(kuò)充。特別是近年來計算機(jī)技術(shù)的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設(shè)計和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜工程問題的有效途徑。
有限元分析在國外已經(jīng)有一套完整的理論知識，在實際工程之中已經(jīng)被大量的運用。當(dāng)今的有限元分析理論已經(jīng)比較成熟，能更好的與其他的三維軟件結(jié)合，更好的實現(xiàn)建模的便利性，實現(xiàn)真正無縫的雙向數(shù)據(jù)交換。更加強(qiáng)大的處理非線性問題的能力也給現(xiàn)在的工程類問題帶來了便利，能更加方便的處理以往在工程之中較難處理的各種問題。
由于國內(nèi)ANSYS 引入的時間不長，特別是新版本的 WORBENCH，所以很多實際問題找不到解決方法。國內(nèi)資料也比較少，學(xué)習(xí)難度較大。國內(nèi)涉及有限元分析的大多是線性問題，比如某些零部件的強(qiáng)度校核，應(yīng)力與應(yīng)變的分析等，但對于這種接觸問題的討論與分析卻很少，大大的加大了學(xué)習(xí)的難度。
三、研究（設(shè)計）主要內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問題
這次的研究的主要內(nèi)容是筒體受到多少集中力才會出現(xiàn)預(yù)期的塑形變形，并且研究塑形變形與筒體壁厚與直徑之間的關(guān)系。理論上講，通過模型簡化，有限元分析及其后處理之后即可得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。但是該變形不是常見的彈性變形，而是較為復(fù)雜的塑形變形，在分析的過程中，涉及到一些接觸問題， 而非單獨一個零件的分析。
四、研究（設(shè)計）方案與技術(shù)路線
本課題采用ANSYS WORKBENCH 作為主要的分析軟件。
為了更加準(zhǔn)確的計算出需要的結(jié)果，我采用有限元分析的一般方法還有思路:
1. 簡化并建立有限元模型
3
學(xué)號
姓名
班名
畢業(yè)論文
（設(shè)計）題目
筒體自動組對、焊接工作站設(shè)計（結(jié)構(gòu)件力學(xué)計算、建模仿真）
指導(dǎo)教師
所在單位、部門
職稱
教授
由于原始模型過于復(fù)雜，如果直接用于有限元分析的話，會浪費大量的時間，甚至有可能解不出， 但是如果模型過分的簡化又可能會導(dǎo)致結(jié)果的不準(zhǔn)確，所以在簡化模型的時候需要保留主要的一些尺寸與結(jié)構(gòu)，簡化不需要的（比如倒角或者其他加強(qiáng)部分）.
2. 定義材料的類型，屬性及應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
由于合眾公司選用的筒體的材料為Q345，在 ANSYS WORKBENCH 的材料庫之中沒有材料Q345， 所以只能通過網(wǎng)上資料獲取 Q345 的材料屬性及其應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從而作為分析的依據(jù)。
3. 劃分網(wǎng)格
網(wǎng)格的質(zhì)量與數(shù)量直接影響到分析結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，作為ANSYS WORKBENCH 的初學(xué)者， 正確的把握這種網(wǎng)格劃分方式，并且正確的選擇哪種網(wǎng)格劃分方式不僅能大大的減少計算時間，還能增加運算的準(zhǔn)確性。
4. 添加接觸關(guān)系
由于本次研究不是單個物體，而是多個物體的組合，所以需要正確的確定各個零件間的接觸關(guān)系。
5. 定義邊界條件，加載載荷
由于ANSYS WORBENCH 中各種邊界條件與加載方式的算法有所區(qū)別，不同的邊界條件與加載方式會出現(xiàn)不同的結(jié)果，所以正確的理解各種邊界條件的區(qū)別與運用，能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。
6. 得出結(jié)果，分析數(shù)據(jù)的合理性
結(jié)果運算出來之后，需要對分析出來的動畫結(jié)果進(jìn)行分析，如果與生活常識不相符，則分析過程中可能存在某些錯誤，需要從新進(jìn)行分析。由于本次研究設(shè)計塑形變形內(nèi)容，不屬于大學(xué)期間接觸的課程，所以對于結(jié)果的準(zhǔn)確性只能通過與合眾公司的經(jīng)驗數(shù)值進(jìn)行比較，分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
五、參考文獻(xiàn)
[1] M.M. Topac,H. Gunal,N.S. Kuralay.Fatigue failure prediction of arear axle housing prototype by using f inite element analysis [J].Engineering Failure Analysis 16(2009) 1474-1482
[2] 王慶五 左昉 胡仁喜 主編，ANSYS 15.0 機(jī)械設(shè)計高級應(yīng)用實例（第 2 版） 機(jī)械工業(yè)出版社
[3] 邵蘊秋 編著. ANSYS15.0 有限元分析實例導(dǎo)航 中國鐵道出版社
工作計劃進(jìn)程表
時 間
工 作 內(nèi) 容
第 3 周
到南油合眾機(jī)電公司實習(xí)，全面了解課題要求，獲取設(shè)計的原始資料。
根據(jù)開題報告的要求，了解課題，熟悉相關(guān)資料，仔細(xì)閱讀有關(guān)書籍，上網(wǎng)、到圖書館查閱有關(guān)資料。
到工程訓(xùn)練中心、機(jī)制實驗室實習(xí)，全面熟悉課題的實際內(nèi)容并提出初步設(shè)計方案。
完成初步設(shè)計方案的確定、進(jìn)行相關(guān)計算、元件的選取工作。
修訂設(shè)計方案，完成機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計。整理資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 參加畢業(yè)答辯。
第 4 周
第 5 周
第 6 周
第 7—14 周
第 15 周
第 15 周
選題是否合適： □是 □ 否 方案是否可行： □是 □ 否 進(jìn)程是否合理： □是 □ 否 任務(wù)能否完成： □能 □不能
選題是否合適： □是 □ 否 方案是否可行： □是 □ 否 進(jìn)程是否合理： □是 □ 否 任務(wù)能否完成： □能 □不能
指導(dǎo)教師
（簽字） 年 月 日
指導(dǎo)小組組長
（簽字） 年 月 日
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