本课题以有限元法作为结构分析手段,建立了金刚石六面项压机的关键零部件——铰链梁的有限元力学模型和结构优化设计模型,通过IGES数据交换标准把现有的有限元分析系统ANSYS和实体建模系统Pro/E有效集成,并采用敏度分析技术,在考虑疲劳强度的条件下,完成了铰链梁的结构优化设计,为金刚石六面顶压机关键零部件的设计提供了一套较为完整的设计方法和设计系统。同时,通过对实体建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS的分析和研究,针对铰链梁的具体情况和特点,采用IGES数据交换标准,实现了实体建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS之间的有效数据交换,形成了一个较为有效、完整的铰链梁CAD/CAE集成设计系统,为CAD/CAE/CAM系统集成的研究提供了一个有益的尝试。 首先建立了铰链梁的结构优化设计数学模型和有限元力学模型。通过对铰链梁结构特点和受力情况的分析,以铰链梁重量为目标,选择其主要的7个结构尺寸为设计变量(缸体的内外壁直径、凸耳的厚度、缸体的深度等),在满足铰链梁静强度、刚度、边界约束,特别是疲劳强度的条件下,建立了基于疲劳强度的铰链梁结构优化设计数学模型。同时,选择四面体二次等参单元对铰链梁进行了网格划分,依据《弹性力学》的厚壁圆筒理论对铰链梁进行了载荷分析和计算,建立了铰链梁的有限元力学模型。通过在ANSYS中的分析计算,得到了铰链梁结点的位移和应力数据,校验了铰链梁结构在工况下的变形、应力分布和应力集中,所得到的结果数据证明与实际情况相符合。 在研究分析参数化特征建模技术理论的基础上,建立了铰链梁结构的特征组成和特征父子关系,在Pro/E中创建了基于特征的铰链梁三维实体模型。 利用ANSYS的APDL参数化语言,编制了铰链梁的结构优化设计程序ODPST,创建了铰链梁的优化分析文件和优化控制文件,采用零阶优化方法进行了铰链梁的结构优化设计,得到了精确可靠的设计参数,有效地提高了铰链梁的抗疲劳性能和强度。在优化设计中采用敏度分析技术,提高了优化迭代的效率。整个优化过程实现了全参数操作,便于设计的反复修改。 本课题为新型金刚石六面顶压机的研制提供了一种精确、可靠的设计方法。