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1、南京工程学院毕业设计开题报告课 题 名 称： MK2110数控磨床动力学模仿与床身 构造优化设计（楷体三号加粗） 学 生 姓 名： 王亮 学 号： 1 指 导 教 师： 赵丽 讲师 李艳 讲师 所在院(系)部： 机 械 工 程 学 院 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化（机械设计）按照规定日期填写 年 00 月 00 日说 明1依照南京工程学院毕业设计(论文)工作管理规定，学生必要撰写毕业设计（论文）开题报告，由指引教师订立意见、教研室审查，系教学主任批准后实行。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查根据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完毕，开题报告不合格
2、者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同步用原文和中文表达。第一次浮现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写对课题和研究工作分析及描述，应不少于字，没有通过整顿归纳，缺少个人看法仅仅从网上下载材料拼凑而成开题报告按不合格论。5开题报告检查原则上在第24周完毕，各系完毕毕业设计开题检查后，应写一份开题状况总结报告。 毕业设计(论文)开题报告宋体五号，如下四行同学生姓名王亮学 号专 业机械设计制造及其自动化（机械设计）指引教师赵丽、李艳职 称讲师、讲师所在院(系) 机械工程学院课题来源自拟课题课题类型工程技术研究课题
3、名称MK2110数控磨床动力学模仿与床身构造优化设计毕业设计内容和意义页码起始页毕业设计内容和意义课题背景：(标题按小四黑体)随着全球经济一体化形成，整个机床行业市场竞争必将愈演愈烈。当前，国内机床产品技术水平还相对落后，就设计办法而言，尚处在经验、静态和类比老式设计阶段，对动力学模仿和构造动态特性考虑得不多，动态优化软件使用率也相对较低。新产品开发缺少构造动力学建模和优化动态设计办法，就很难提高机床质量和生产效率【1】。中华人民共和国机床制造行业形势将变得更为严峻，将面临更为强大竞争对手，如果咱们机床制造公司还没有先进设计制造手段作为技术支撑，依然抱着老式设计办法不放，那么靠什么与对手进行竞
4、争？如何在国外高档机床大举攻打中华人民共和国市场严峻形势下，保存住中华人民共和国机床原有半壁江山？然而可喜是，国内己有许多制造公司和科研院所结识到了这一点，高档机床设计制造是战略行业，中华人民共和国不能在这种行业上受制于人，必要加快先进动态设计技术向详细产品开发应用转移。东南大学、天津大学和昆明理工大学等高校在这方面己进行了研究，获得了一定成果【2】。为此，本毕业设计以MK2110数控磨床数学模型为基本，着重对磨床动力学和床身构造优化设计进行了细致研究。（小四宋体）课题内容：1提出：对于高速磨床来说，磨削精度是影响磨削质量核心因数，而电主轴芯在磨削过程中运动变形又是影响磨削精度（如表面磨削波纹
5、等）重要因素。用老式刚性体来模仿电主轴芯运动难以精准地模仿实际工况下变形状况，若不考虑柔性体影响，将会存在很大误差。因此，有必要用柔性体代替刚性体对电主轴芯进行动力学分析。磨床床身是磨床重要基本件，起着支撑工件、工作台、床头箱和内圆磨削装置核心部件作用。它动态特性和静态特性直接影响磨床加工精度和工件表面粗糙度，关系到磨床与否能安全可靠工作及整机使用寿命。因而有必要理解床身构造自身具备刚度特性和动态特性，对其进行优化设计，以提高磨床整体动静态性能。2解决办法：虚拟样机技术是在设计阶段就对设计产品进行性能测试，从而使生产出来产品最大也许满足设计目的。通过运用ADAMS软件对刚性体和柔性体模型整体进
6、行动力学仿真【3】。运用有限元ANSYS软件对床身进行静刚度分析和模态分析，通过变化床身内部筋板布局对其进行构造优化。有限元（Finite Element Analysis）核心思想是构造离散化，就是将实际构造假想地离散为有限数目规则单元组合体，实际构造物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度近似成果来代替对实际构造分析【4】。3设计内容：针对该磨床进行力学分析，应用动力学分析软件ADAMS进行工作状态下运动学与动力学模仿分析，并应用有限元软件ANSYS进行静刚度分析、模态分析和构造优化。其中静刚度分析重要是研究磨床床身在固定载荷作用下变形及应力状况，这对掌握机床机械特性大有协助；另
7、一方面，床身构造动态特性是影响磨床产品性能核心因素之一，而研究其动态特性办法重要是进行模态分析，重要内容是拟定磨床床身震动特性既固有频率和主振型，它们是承受动载荷重要参数；最后是通过变化磨床床身内部筋板布局，分析各布局动静态特性，进行构造优化。 课题意义：建立一种真正反映构造系统动态特性磨床动力学模型，仅仅是进行构造动态优化设计先决条件，而不是最后目。动态设计最后目，是运用系统动力学模型以期获得一种具备良好静、动态性能机床构造产品设计方案。通过对磨床进行力学分析，应用动力学分析软件ADAMS进行工作状态下运动学与动力学模仿分析，通过虚拟实验和测试，在产品开发阶段就可以协助设计者发现设计缺陷，并
8、提出改进方案。应用有限元分析ANSYS，对床身进行静力学分析和模态分析，可以通过变形云图，查看构造薄弱环节以及构造固有频率，通过对薄弱环节分析，提出解决方案，优化构造。文献综述国内外研究现状： 当前，磨床动特性分析重要以有限元法为主，随着计算机技术发展，普遍采用通用工程有限元软件进行建模、优化与仿真计算，所建模型由实验数据进行修正。国内机床工业至今仍与国外存在着技术上差距，不少国外机床在样本中标明她们床身、立柱等基本件通过了有限元分析，因而具备优秀动、静刚度、热变形等性能，但国内机床样本中做很少。但是国内高校、研究所等单位已经拥有了这方面技术资源。 美国Catholic大学GBiabchi等进
9、行了机床动态设计与控制相结合研究【5】，Michigan大学T.Jiang和M.Chiredast在应用有限元法和动态分析基本上，运用数学模型来模仿机床构造联接形式，建立了机床整机动力学模型，并对机床结合面联接件位置与数量进行了拓扑优化设计【6】。 陕西理工学院侯红玲等在对机械系统进行运动学分析时，将ANSYS与ADAMS两个软件结合使用，可以精准模仿整个系统运动，获得动力学仿真成果。ADAMS软件是知名机械系统动力学仿真分析软件，分析对象重要是刚体，但与ANSYS软件结合使用可以考虑分析零部件弹性，同样ADAMS分析成果可为ANSYS分析提供相应边界条件。这些工作对于支持并加快提高公司自主技
10、术创新能力具备一定意义【7】。 东南大学陈新、孙庆鸿在ANSYS软件上建立高精度内圆磨床M2120A整机构造动力学模型和动力学分析。在建模过程中，分别采用体单元、弹簧阻尼单元和3D梁单元、三维接触单元模仿重要零部件、转子系统和结合部【8-9】，该办法采用有限元法，用商品化软件进行建模和分析，所有采用软件中既有单元，其效率和精度高。 汤文成等【10-12】对床身构造静、动态特性进行分析和优化设计，通过度析和研究得出变化床身筋板类型和布局设计是提高床身床身构造静、动态特性有效手段，并且提出了以导轨振动变形量作为床身构造设计重要根据，建立了床身构造模型，以床身构造参数为设计变量，各设计变量对床身动态
11、性能贡献加权作为构造优化设计目的函数，最后得到最优床身设计方案，同步在机床参数化设计等方面进行了有益尝试。通过以上综述可以看出，应用ADAMS软件对机床构造动态特性研究基本以机床单件或某些子构造组合为对象，从整机角度建立涉及主轴转子系统在内整机完整动力学模型进行研究相对较少，并且运用柔性体理论对磨床整体进行动力学仿真分析也不多见，大某些还是刚性体仿真。此外，对床身进行优化设计时还是局限于变化筋板横向或径向数目进行优化设计。参照文献：1. 陈新，高精度内圆磨床构造动力学建模与优化设计研究D，南京：东南大学博士学位论文，2. 毛海军，新一代数控内圆磨床动力学建模与优化D，南京：东南大学博士学位论文
12、，3. 李增刚，ADAMS入门详解与实例M，北京：国防工业出版社，4. 张朝晖，ANSYS11.0构造分析工程应用实例解析（第二版）M，北京：机械工业出版社，.15. Biabchi.G,Paolucci.F,Towards Virtual Engineer in Machine Tools Design.Annals of the CIRP,1996,45(1):3813846. Jiang.T,Chirehdast.M.A,System Approach to Structural Topology Optimization:Designing Optimal Connections.Jo
13、urnal of Mechanical Design,1998,(12):6196217. 侯红玲，基于ADAMS和ANSYS动力学仿真分析J，当代机械，（4）:62638. 周德廉，陈新，孙庆鸿，高精度内圆磨床整机动力学建模及优化设计.东南学学报.,31(2):35389. 陈新，机床构造动力学模型建立及其动态优化设计D，黑龙江：哈尔滨工业大学研究生论文.198710. 汤文成等，机床大件构造拓扑优化设计J，东南大学学报，1996(5) :353811. 汤文成，工程构造分析现状与应用若干问题J，计算机辅助设计与制造，1996(10):171912. 汤文成，板厚对机床床身动静特性影响J，制
14、造技术与机床，1997(3) :2831研究内容研究内容:针对MK2110数控内圆磨床，应用多体动力学分析软件ADAMS进行工作状态下刚性体动力学仿真。将电主轴芯柔性化，进行工作状态下柔性体动力学仿真。应用有限元软件ANSYS对磨床床身进行静力学分析、模态分析和构造优化。其中静力学分析重要是研究磨床床身在最大工作载荷作用下变形及应力状况，这对掌握机床机械特性大有协助；此外床身构造动态特性是影响磨床产品性能核心因素之一，通过模态分析研究其动态特性，拟定磨床床身振动特性和主振型，它们是承受动载荷重要参数；最后对磨床床身进行构造优化，通过变化床身内部筋板布局，分析各种布局振动特性和静态特性，选取最优
15、方案。研究筹划研究筹划：第一周：资料收集与文献检索第二周：英文资料翻译第三周：编写开题报告第四周：提交开题报告第五周：学习软件与建立磨床三维建模第六周：学习软件与建立磨床三维建模第九周：动力学分析第十周：动力学分析第十一周：构造分析第十二周：构造优化分析第十三周：编写论文第十四周：编写论文第十五周：编写论文第十六周：提交论文并完毕答辩特色与创新1. 运用ADAMS软件对MK2110磨床进行动力学仿真，绝大多数研究还是重要应用ANSYS作分析。2. 运用了先进三维建模软件实现对复杂模型建立，弥补了有限元分析软件ANSYS建模功能局限性。3. 将电主轴芯柔性化，对整体进行动力学仿真。4. 针对AN
16、SYS软件不适合机械动力学分析,ADAMS软件不适合有限元分析状况,将ANSYS和ADAMS两种分析软件结合起来对柔性体进行仿真分析。5. 在有限元分析过程中综合运用了静刚度分析，模态分析等惯用分析办法。6. 提出新变化筋板布局方式，对床身进行优化设计。指引教师意 见 指引教师签名： 年 月 日教研室意见院部意见 主任签名： 年 月 日教学院长签名： 年 月 日毕业设计(论文)开题报告注：可重点参照该开题报告内容，排版格式等以机械工程学院规定为准。学生姓名学 号专 业指引教师姓名职 称所在系部课题来源课题性质课题名称钢筋混凝土多层、多跨框架软件开发毕业设计内容和意义1.1 课题任务 改造平面钢
17、架分析程序；编制现浇钢筋混凝土多层、多跨框架机构构件设计程序。1.2 研究背景： 建筑指各种房屋及其附属构筑物。建筑构造是在建筑中，由若干构件，即构成构造单元如梁、板、柱等连接而构成能承受作用或称荷载平面或空间体系。 所要编写构造程序是混凝土框架构造设计。编写根据为建设部新出台混凝土构造设计规范GB50010-。该规范与原混凝土构造设计规范GBJ10-89相比，新增内容约占15，有重大修订内容约占35，保持和基本保持原规范内容某些约占50，规范全面总结了原规范发布实行以来实践经验，借鉴了国外先进原则技术。1.3 研究意义： 建筑中，构造是为建筑物提供安全可靠、经久耐用、节能节材、满足建筑功能一
18、种重要构成某些，它与建筑材料、制品、施工工业化水平密切有关，对发展新技术。新材料，提高机械化、自动化水平有着重要增进作用。 由于构造计算牵涉数学公式较多，涉及规范和原则很零散，并且计算量非常之大，近年来，随着经济进一步发展，都市人口集中、用地紧张以及商业竞争激烈化，更加剧了房屋设计复杂性。许多高层建筑不断被建造，这些建筑无论从时间上还是从劳动量上，都需要借助计算机辅助设计。因而构造软件开发就显得尤为重要。 建筑构造设计与否合理，重要取决于构造体系、构造布置、构件截面尺寸、材料强度级别以及重要机构构造与否合理，这些问题已经对的解决。构造计算、施工图绘制则是件令人辛苦工作。本课题将构造设计计算运用
19、到详细程序代码中去，不但要运用所学构造知识来设计出做法，还要将这些做法用代码来实现。文献综述在不同类型构造设计中有些内容是同样，做框架构造设计时核心是要减少漏项、减少差错，计算机也是如此。 建筑构造设计国标见GBJ6884 。该原则是为了合理地统一各类材料建筑构造设计基本原则，是制定工业与民用建筑构造荷载规范、钢构造、薄壁型钢构造、混凝土构造、砌体构造、木构造等设计规范以及地基基本和建筑抗震等设计规范应遵守准则。制定其他土木工程构造设计规范时，可参照此原则规定原则。本原则合用于建筑物涉及普通构筑物整个构造，以及构成构造构件和基本；合用于构造使用阶段，以及构造构件制作、运送与安装等施工阶段。本原
20、则引进了当代构造可靠性设计理论，采用以概率理论为基本极限状态设计办法分析拟定，即将各种影响构造可靠性因素都视为随机变量，使设计概念和办法都建立在记录数学基本上，并以重要依照记录分析拟定失效概率来度量构造可靠性，属于“概率设计法”，这是设计思想上重要演进，也是当代国际上工程构造设计办法发展总趋势。国内在设计规范或原则中采用概率极限状态设计法，是迄今为止采用最广泛国家。2.1 构造常用作用效应(1) 内力轴向力 即作用引起构造或构件某一正截面上法向拉力或压力；剪力 即作用引起构造或构件某一截面上切向力；弯矩 即作用引起构造或构件某一截面上内力矩；扭矩 即作用引起构造或构件某一截面上剪力构成力偶矩。
21、（2）应力如正应力、剪应力、主应力等。（3）位移作用引起构造或构件中某点位变线位移或某线段方向变化角位移。（4）挠度构件轴线或中面上某点在弯短作用平面内垂直于轴线或中面线位移。（5）变形作用引起构造或构件中各点间相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。（6）应变如线应变、剪应变和主应变等。2.2 极限状态整个构造或构造一某些超过某一特定状态就不能满足设计规定某一功能规定，此特定状态称为该功能极限状态。极限状态可分为：文献综述构造构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载变形极限状态： 整个构造或构造一某些作为刚体失去平衡如倾覆等； 构造构件或连接因材料强度被超过而破坏，涉及疲劳破坏，或因过度塑性变
22、形而不适于继续承载； 构造转变为机动体系； 构造或构造构件丧失稳定如屈曲等。（2）正常使用极限状态。构造或构造构件达到使用功能上容许某一限值极限状态。浮现下列状态之一时，即以为超过了正常使用极限状态： 影响正常使用或外观变形； 影响正常使用或耐久性能局部损坏涉及裂缝； 影响正常使用振动； 影响正常使用其他特定状态。2.3 构造设计基本办法在构造可靠与经济之间选取一种合理平衡，力求以最低代价，使所建造构造在规定条件下和规定有效期限内，能满足预定安全性、合用性和耐久性等功能规定。为达到这个目，人们采用过各种设计办法。以当代观点看，可划分为定值设计法和概率设计法两大类。 （1）定值设计法将影响构造可
23、靠度重要因素如荷载、材料强度、几何参数、计算公式精度等看作非随机变量，并且采用以经验为主拟定安全系数来度量构造可靠性设计办法，即拟定性办法。此办法规定任何状况下构造荷载效应S内力、变形、裂缝宽度等不应不不大于构造抗力R强度、刚度、抗裂度等，即SR。在20世纪70年代中期前，国内和国外重要都采用这种办法。（2）概率设计法将影响构造可靠度重要因素看作随机变量，采用以记录为主拟定失效概率或可靠指标来度量构造可靠性设计办法，即非拟定性办法。此办法规定按概率观念来设计构造，也就是浮现构造荷载效应不不大于构造抗力SR概率应不大于某个可以接受规定值。这种办法是20世纪40年代提出来，至70年代后期在国际上已
24、进入实用阶段。国内自80年代中期，构造设计办法开始由定值法向概率法过渡。2.4 面向对象编程使创立Windows程序较为容易核心技术是面向对象编程，或OOP。这种技术可以创立可重用组建，它是程序构成模块。2.5 几种定义 控件 提供程序可见界面可重用对象。控件示例有文本框、标签和命令按钮。文献综述事件 由顾客或操作系统引起动作。事件示例有击键、单击鼠标、一段时间限制，或从端口接受数据。办法 嵌入在对象定义中程序代码，它定义对象如何解决信息并响应某事件。例如，数据库对象有打开纪录集并从一种记录移动到另一种记录办法。 对象 程序基本元素，它具有定义其特性属性，定义其任务和辨认它可以响应事件办法。控
25、件和窗体是Visual Basic中所有对象示例。 过程 为完毕任务而编写代码段。过程通惯用于响应特定事件。 属性 对象特性，如尺寸、位置、颜色或文本。属性决定对象外观，有时也决定对象行为。属性也用于为对象提供数据和从对象取回信息。参照文献1 国标混凝土构造设计规范GB 50010，北京：中华人民共和国建筑工业出版社2 国标PKPM系列软件应用手册，中华人民共和国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部3 行业原则高层建筑混凝土构造技术规程JGJ3，北京：中华人民共和国建筑工业出版社，4 国标建筑抗震设计规范GB50011，北京：中华人民共和国建筑工业出版社，5 霍达.高层建筑构造设计M.北京
26、：高等教诲出版社，6 季韬，黄志雄.多高层钢筋混凝土构造设计M.北京：机械工业出版社，7 青山博之日，张川译.当代高层钢筋混凝土构造设计M. 重庆大学出版社，8 李国胜. 多高层钢筋混凝土构造设计优化与合理构造M.北京：中华人民共和国建筑工业出版社，9陈岱林，赵兵，刘民易. PKPM构造CAD软件问题解惑及工程应用实例解析M.北京：中华人民共和国建筑工业出版社，10王祖华，蔡健.高层建筑构造设计.广州：华南理工出版社，11张维斌. 多层及高层钢筋混凝土构造设计释疑及工程实例. 北京：中华人民共和国建筑工业出版社，12周坚.高层建筑构造力学.北京：机械工业出版社，13和泉正哲日，薛松涛,陈镕译.
27、建筑构造力学. 西安：西安交通大学出版社，14郑星桃.高层建筑构造刚度浅析J.山西建筑，（2）：10010115任金宏，常建军.钢筋混凝土多层框架构造房屋构造设计中应注意几种问题.陕西建筑，（145）：71016叶菁.钢筋混凝土框架构造设计要点及注意事项.甘肃科技纵横,，39（5）：15716717刘炳寅.高层框架构造设计和施工中现实问题.山西建筑，35（3）：17017118陈东生，何沛祥.高温下钢筋混凝土框架构造变形和内力数值分析.安徽建筑工程学院学报（自然科学版），18（5）：182219Zhang Wangxi，Yi Weijian，Xiao Yan，et al. Interactio
28、n performance between frames and stairs of typical teaching building “5.12” Wenchuan Earthquake Disater AreaJ.Journal of Architecture Civil Engineering，,26（2）:38-4420Cao Wanlin ，Wang Guangyuan ，Liu Jianmin ，et al. Experimental study on story stiffness and its degeneration of staircase frame structur
29、e with special shaped columnsJ. Journal of Building Structures，1998,19（1）:58-65文献综述21Cao Wanlin ,Pang Guoxin ,Li Yunxiao.The test research on elastic floor rigidity of frame with staircase J.World information on Earthquake Engineering，1996，（2）：293222Bruce Ellingwood ，T.D.Lin. Flexure and shear behav
30、ior of concrete beams during firesJ. Journal of Structural Engineering，1991，117（2）：440458研究内容（1）平面钢架分析程序改造 对构造力学教研室版平面钢架分析程序进行修改和补充。规定： 编写自动生成节点坐标和单元节点编号程序，或以图形方式输入计算简图。 修改程序，使之适合多工况内力计算； 依照输入、输出数据特点，设计恰当人机界面。输出应可选显示各构件端力和内力图。（2）编写钢筋混凝土多层多跨框架机构构件设计程序 依照关于规范，应明确计算各种荷载恒载、楼屋面活载、风荷载和地震作用等计算办法，在此基本上编写自动生
31、成各种荷载作用下结点荷载和单元荷载程序。地震作用按底部剪力法拟定。自振周期用经验公式拟定。 计算各种荷载单独作用时框架各杆件内力。计算构造存储在各自杆端力随机文献中。对竖向荷载下梁端弯距进行塑性调幅。 在中产生杆端力文献基本上，分别计算各种也许荷载组合下，梁、柱控制截面内力。计算成果存储在恰当文献中。 从生成文献中选出最不利组合，同步给出截面配筋。梁、柱截面配筋拟定应考虑抗震设计规定。 依照计算成果和构造规定，用Auto-CAD VBA 绘制梁、柱配筋图。研究筹划第一周 毕业实习，参观工程，收集资料 。第二周 需求分析：描述计算机模型，编些初步软件阐明书。第三周 软件设计：选取模块划分方案。第
32、四周 模块设计：数据输入界面设计梁柱截面数据或 数据输入界面设计可视化图形输入。 第五周 数据输入界面设计框架数据、附加荷载。研究筹划第六周 模块设计：荷载计算恒载、活载，相应内力计算。第七周 荷载计算风荷载、地震作用，相应内力计算。第八周 模块设计：梁配筋计算。第九周 梁荷载组合，拟定梁配筋。第十周 梁荷载组合，拟定梁配筋。第十一周 模块设计：柱配筋计算。第十二周 柱荷载组合，拟定柱配筋。第十三周 柱荷载组合，拟定柱配筋。第十四周 软件测试或用AutoCAD VBA 绘制梁、柱配筋图。第十五周 软件测试。第十六周 整顿源程序，编写软件阐明数和顾客手册。第十七周 编写软件阐明书和顾客手册，形成毕业设计所有文献，准备答辩。第十八周 毕业答辩。特色与创新注：对本科毕业设计（论文），理论知识在实际工作应用，理论知识拓展，使用工具软件新颖，自己所做工作明显特点等可以写在此栏。指引教师意 见 指引教师签名： 年 月 日教研室意见院部意见 主任签名： 年 月 日教学院长签名： 年 月 日