液压机用液压缸结构优化软件开发

　　液压缸是由缸体、活塞(柱塞)、密封等多个零件组成,属于多品种、小批量的机械产品,大多数液压缸都是非标准液压缸,设计工作量大。然而,只凭专家经验设计出的液压缸并不理想,液压缸是高压容器,对应力十分敏感,局部应力过高往往导致其过早破坏。液压缸制造工艺复杂,对材料、表面质量要求很高,同时价格昂贵,因此对液压缸的设计要十分慎重。

　　传统设计采用材料力学和弹性力学方法[1],并对受力情况作若干假设,由于模型简单,所作的假设不能精确地反映实际情况,并且应力计算没考虑局部应力场的影响,所以误差较大。有限元法能准确地得到整个液压缸的应力分布情况,因此被越来越多地用于液压缸设计中。但是,有限元只能起到校核作用,不能用来主动地选择较优的结构尺寸,一些主要结构参数仍需根据经验选取,这就带有较明显的盲目性,而结构优化方法的应用使液压缸设计从安全校核转变为优化设计。

　　目前,有许多基于有限元分析的大型通用CAE软件,如ANSYS, NASTRAN等,利用其自带的语言编程建模可以实现产品的优化功能,这在液压缸上的应用也颇为多见[2-5]。但是,液压缸种类繁多,结构样式也不统一,很难用一个通用的参数化模型表达,因此这些CAE软件只能针对某个液压缸或者具有相似结构的某些液压缸进行优化设计,难以通用;而且大型软件复杂不易掌握,实用性差;并且CAE分析软件和CAD设计软件需要接口,数据传递复杂。

　　由于液压机用液压缸的大型化、高压力、多种介质和要求高以及造价昂贵等特点,不同于其它产品上应用的液压缸,因此迫切需要一套简单、实用、通用性好的液压缸设计软件,用户只需输入基本参数的简单操作就能完成从CAD到CAE的整个过程,把工厂设计人员从复杂、繁重的绘图中解放出来,而且改善传统经验设计。目前,尚未见到关于此类液压缸系统用于实际生产设计的报道,为此,本文开发了这套软件[6]。

　　1　软件介绍

　　<YYGCAD2·0>软件是在AutoCAD平台上利用ObjectARX语言、在Visual C++环境下开发的应用程序,用FORTRAN语言编写液压缸优化中的有限元分析和优化计算程序,通过AutoCAD绘图软件使计算结果可视化并对优化中需要的图形、图像予以显示,利用微软基础类库(MicrosoftFoundation Class, MFC)开发用户界面,将液压缸基本参数和网格大小及密度控制参数输入软件系统。为方便用户使用,在AutoCAD原菜单上加上一条“液压缸CAD”菜单项,进行应用程序的加载和执行,如图1所示。结构优化时输入网格控制参数即可对液压缸进行结构参数优化和法兰形线优化,“后处理”菜单实现了优化结果的可视化。