20000KN單動液壓機上橫梁結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設計（本科畢業(yè)論文設計）

1.1液壓機概述
液壓機是利用帕斯卡定律制成的利用液壓傳動技術進行壓力加工的機械設備，種類很多。是制品成型生產(chǎn)中應用最廣泛的設備之一，與其他壓力機相比，它具有壓力和速度可在大范圍內(nèi)無級調(diào)整、可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力、結(jié)構(gòu)布置靈活、各執(zhí)行機構(gòu)可很方便地達到所希望的動作配合等優(yōu)點。因此，液壓機在我國國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，尤其是塑性加工領域得到了日益廣泛的應用。
根據(jù)需要液壓機可分如下種類。按傳遞壓強的液體種類來分，有油壓機和水壓機兩大類。水壓機產(chǎn)生的總壓力較大，常用于鍛造和沖壓。鍛造水壓機又分為模鍛水壓機和自由鍛水壓機兩種。模鍛水壓機要用模具，而自由鍛水壓機不用模具。液壓機按結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)主要分為：四柱式、單柱式、臥式、立式框架等。按用途主要分為金屬成型、折彎、拉伸、沖裁、粉未成型、壓裝、擠壓等。
1.2液壓機設計理論的發(fā)展過程
影響液壓機質(zhì)量的因素很多，其中液壓機的設計水平是一個非常關鍵的因素。液壓機設計的重點是機架設計，這是由于機架的受力和結(jié)構(gòu)特點而決定的。液壓機本體是液壓機的重要組成部分，其重量約占整機重量的60%以上，液壓機本體的設計水平，對液壓機的制造成本，技術性能和使用壽命有著決定性的影響。
液壓機設計理論和方法的發(fā)展主要經(jīng)歷了經(jīng)驗設計，數(shù)值設計，優(yōu)化設計幾個階段。
經(jīng)驗設計階段主要利用材料力學簡化的方法計算主要部件的強度和剛度，把機架簡化為材料力學范疇的平面鋼架，把橫梁簡化為材料力學范疇的簡支梁，然后按照材料力學的方法進行強度，剛度校核。盡管確認的結(jié)構(gòu)大多數(shù)被實踐證明是安全的，但在設計周期長，結(jié)構(gòu)余，材料使用偏保守等弊端，致使產(chǎn)品重量大，成本高，效益低，削弱了產(chǎn)品競爭力，而且缺乏對設計結(jié)果合理性的驗證，計算結(jié)果常常與實測值相去甚遠。
數(shù)值設計階段，設計者把整個機架或單個的橫梁作為研究對象，將它們視為空間板梁組合結(jié)構(gòu)，利用精度較高的有限元進行整體結(jié)構(gòu)分析，分析結(jié)果的準確性和可靠性大大提高，這在液壓機設計史上是一個非常大的進步
優(yōu)化設計階段，人們把結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法 引入液壓機設計，使設計從安全校核轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化設計，基于有限元的優(yōu)化方法能從各種可能的結(jié)構(gòu)設計方案中尋找比較完善的或比較合理的方案，使材料分配趨于合理，實現(xiàn)了液壓機設計的又一次飛躍。
1.3有限元分析方法
有限單元法 是隨著電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法，是矩陣方法在結(jié)構(gòu)力學和彈性力學等領域中的發(fā)展和應用。它是首先在連續(xù)