基于ANSYS的大型真空箱体结构分析及优化研究

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在19世纪末期,世界上出现了最早的现代焊接技术—弧焊和燃气焊,并成功应用于工业生产。从此,现代焊接技术在现代工业化生产中的地位日益凸显,并成为难以分割的一部分。随着科技的不断发展和进步,现代焊接技术更是被广泛应用于航空航天、汽车、国防军工、仪器仪表等精密、高端行业,因此,人们对焊接技术的质量、精度、适应性等方面提出了更高的要求,而传统的焊接技术在这些要求面前显得无能为力。而在20世纪下半叶,电子束焊接技术的出现,并因其真空的焊接环境和独特的焊接原理,使上述问题迎刃而解,进而迅速被各种领域广泛采用。  电子束焊机是电子束焊接技术的具体表现形态。电子束焊机作为焊接设备,其结构设计和布局形式,将对焊接质量产生直接的影响。在电子束焊机中,最大的真空箱体是设备核心元部件的载体,它不仅承载着电子焊枪、焊接台,而且还承载着很多精密部件。真空箱体往往是薄而大的板材结构,其在设备实施焊接过程中最易发生变形,而且其最终变形的最大程度或尺寸将会显著降低设备的焊接性能,甚至令设备直接报废。因此,本文有针对性地对电子束真空箱体进行研究,利用时下流行的数值分析软件工具ANSYS14.0,对其结构进行了变形仿真分析,并结合实际测试验证,获得了具有实际意义的设计规律,为某一类型的电子束焊机的真空箱体设计提供了参考。具体内容如下:  (1)利用ANSYS强大的计算能力,仿真分析了某真空箱体在某真空压力下的变形挠度,并与实验测试数据进行对比分析,证明计算机仿真结果与实验结果具有极大的相近程度,利用仿真工具进行分析,可以省去实验分析造成的成本开支。  (2)仿真分析了自由振动工况下某电子束焊机真空箱体的变形,进而判断出该箱体最薄弱部分的位置,成功建立了箱体前面板模型并进行简化分析,得到与整体分析相同的数据结果,为后续复杂模型的简化提供参考依据。  (3)计算了在不同壁厚尺寸下电子束真空箱体的最大变形挠度。首先,对某电子束焊机不同壁厚尺寸真空箱体在受力环境下的变形情况进行了仿真研究,获得了不同壁厚尺寸箱体前大板的变形数据,并得到了满足变形要求的小壁厚值。其次,结合前人经验和理论,总结出无加强筋的前大板壁厚尺寸设计理论公式,并将该公式成功集成到能够便于实际应用的软件界面中。  (4)分析了不同的加强筋尺寸和分布将如何影响箱体的变形挠度。本文以某型号电子束焊机的真空箱体为对象,仿真分析了加强筋的分布对真空箱体变形挠度的影响;其次分析了不同加强筋尺寸与真空箱体变形挠度之间的关系;之后,根据分析结论数据,成功地对某型号电子束焊机的真空箱体进行了结构优化。  (5)总结,归纳以上分析结论,并将结论应用于某型号电子束焊机的真空箱体设计,得到了预期且满意的结果。
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