20000KN單動(dòng)液壓機(jī)上橫梁結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)（本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)）

1.1液壓機(jī)概述
液壓機(jī)是利用帕斯卡定律制成的利用液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行壓力加工的機(jī)械設(shè)備，種類很多。是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，與其他壓力機(jī)相比，它具有壓力和速度可在大范圍內(nèi)無級(jí)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(jī)構(gòu)可很方便地達(dá)到所希望的動(dòng)作配合等優(yōu)點(diǎn)。因此，液壓機(jī)在我國國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，尤其是塑性加工領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)需要液壓機(jī)可分如下種類。按傳遞壓強(qiáng)的液體種類來分，有油壓機(jī)和水壓機(jī)兩大類。水壓機(jī)產(chǎn)生的總壓力較大，常用于鍛造和沖壓。鍛造水壓機(jī)又分為模鍛水壓機(jī)和自由鍛水壓機(jī)兩種。模鍛水壓機(jī)要用模具，而自由鍛水壓機(jī)不用模具。液壓機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展過程
影響液壓機(jī)質(zhì)量的因素很多，其中液壓機(jī)的設(shè)計(jì)水平是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。液壓機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是機(jī)架設(shè)計(jì)，這是由于機(jī)架的受力和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而決定的。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。
液壓機(jī)設(shè)計(jì)理論和方法的發(fā)展主要經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，數(shù)值設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)幾個(gè)階段。
經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段主要利用材料力學(xué)簡化的方法計(jì)算主要部件的強(qiáng)度和剛度，把機(jī)架簡化為材料力學(xué)范疇的平面鋼架，把橫梁簡化為材料力學(xué)范疇的簡支梁，然后按照材料力學(xué)的方法進(jìn)行強(qiáng)度，剛度校核。盡管確認(rèn)的結(jié)構(gòu)大多數(shù)被實(shí)踐證明是安全的，但在設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果合理性的驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果常常與實(shí)測(cè)值相去甚遠(yuǎn)。
數(shù)值設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者把整個(gè)機(jī)架或單個(gè)的橫梁作為研究對(duì)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(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析，分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性大大提高，這在液壓機(jī)設(shè)計(jì)史上是一個(gè)非常大的進(jìn)步
優(yōu)化設(shè)計(jì)階段，人們把結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 引入液壓機(jī)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)從安全校核轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化設(shè)計(jì)，基于有限元的優(yōu)化方法能從各種可能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了液壓機(jī)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計(jì)算方法，是矩陣方法在結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)等領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用。它是首先在連續(xù)