摘要：元结构方法在结构分析中得到了很多应用,但是很少文献对其理论建模做研究。使用集中参数法对元结构及其复制成的整体进行分析,推导两者间振动频率的关系,从而建立元结构方法的理论模型。理论模型中,不考虑弹簧质量的模型称为简单模型,误差较大;使用瑞利法考虑弹簧质量所建的瑞利模型,误差比简单模型小。使用元结构方法的理论模型,在已知元结构振动频率和整体结构尺寸的情况下,能够完成整体振动频率的计算和设计。在第一个仿真算例中,验证了瑞利模型的误差(5.7%)小于简单模型的误差(15.6%)。在第二个仿真算例中,使用元结构方法指导了机床床身的设计。在试验算例中,使用元结构方法对一个铸件振动频率做出计算和设计。三个算例证明,元结构方法可以减小有限元仿真的建模工作量,可以减小样机的试制成本,是一种由局部特性推导整体特性的有效方法。

摘要：提出数控机床大件结构设计元结构和基本框架的概念 ,把由床身筋板围成的栅格称为筋格 ,床身的宏观构形为基本框架。筋格的动态特性直接影响机床床身的动态特性。分别以筋格各边长、板厚和清砂孔径为设计变量 ,以筋格的固有频率为优化目标 ,进行有限元动态设计 ,得到相应的筋格的基频随设计变量变化的曲线图 ;通过有限元分析 ,发现当床身的高度与宽度接近时 ,床身的动态特性较好。用有限元分析法对简化的床身结构动态特性进行研究 ,总结出对数控机床床身设计具有普遍指导意义的规律 。

摘要：通常在机床零件的拓扑结构形式确定以后,单纯的尺寸优化往往难以取得较好的效果。以某卧式加工中心的床身结构为研究对象,提出了一种在元结构优化分析的基础上对结构整体进行二次优化的方法。首先根据床身结构特点提取其元结构进行优化分析,按优化得到的圆形与椭圆形出砂孔尺寸参数对床身结构进行重新设计。然后采用响应面优化方法,将元结构分析的尺寸参数在床身整体结构中进行进一步优化研究。分析表明,在结构质量变化极小的前提下,单纯的元结构优化设计的床身能够改善结构单件及整机的动态性能,但改善幅度较小;而床身整体结构二次优化后其基频提高的幅度约是前者提高幅度的3倍,同时使得整机参考点在X方向的最大响应幅值降低55.2%,Y方向降低83.9%,Z方向降低82.8%。

摘要：针对整体叶盘高效强力复合铣床的关键零部件刚性,运用有限元分析方法,分析其盘铣立柱的动、静态特性。提取立柱的3种典型元结构,结合盘铣切削条件,运用变量分析技术,并以元结构的出砂孔形状、尺寸、孔数和筋板作为优化对象,以固有频率和刚度为优化目标,以整体质量为约束条件,提高立柱的刚度质量比。根据获得的3种最优元结构对立柱重构建模,优化后的立柱结构方案与原方案相比,质量减轻(11.2%),固有频率(一阶固有频率增加28.4%)和刚度(整体变形减小38.5%)明显提高。

摘要：螺杆转子磨床床身是关键的承载大件,其动静态性能的好坏将直接影响整机的加工精度和稳定性。为实现床身的快速动态优化设计,首先基于元结构理论,使用ANSYS软件仿真分析了床身筋格元结构各主要参数对其动态特性的影响。在此基础上,以提高床身低阶模态固有频率和降低床身重量为目标,对床身的结构参数进行优化,同时通过静力分析验证了优化方案的可行性。优化后,床身低阶固有频率得到了较大幅度的提高,其中一阶固有频率提高了22.3%,床身的重量下降了8.39%,同时静刚度也有明显提高,改善了床身的动静态特性,节约了制造成本。该方法对其他类似关键零部件的动态优化设计具有一定的借鉴意义。

摘要：提出了一种基于元结构的数控机床结构优化设计方法。按照结构的功能要求和工艺过程对被优化结构进行分解,最终分解为若干元结构,对元结构进行组合获得结构的修改方案集;利用CAD或CAE软件提供的二次开发语言构建修改方案集的参数化的一般模型。根据可适应设计原则建立结构性能指标的综合评价函数,并将其作为优化目标进行求解。最后通过内齿轮铣齿机床立柱优化设计实例验证了该方法的有效性。

摘要：为提高加工中心立柱的动态特性,基于元结构理论从立柱内部筋板、外部框架分别进行优化。针对文中研究对象内部大部分元结构尺寸相同的特点,采用参数化设计方法优化元结构尺寸,提高了优化效率。元结构的拓扑型式根据扩展结构的动态特性选定,该方法比传统方法中根据元结构单体的动态特性选定型式更准确。外部框架根据原立柱模态分析结果进行优化。最后综合立柱内、外部优化分析结果,给出了动态优化效果、改进难度与成本各有优劣的两个优化方案,为加工中心的改进提供参考。

摘要：以加工中心立柱为研究对象,根据快速设计及框架结构优选的设计思想,利用结构动态设计原理及有限元分析技术对立柱进行动态设计分析与结构优化。首先根据立柱结构的分析提取典型的元结构单元,然后对元结构进行拓扑优化设计,提出若干改进方案,并对改进方案进行模态对比分析。最后以立柱固有频率为优化目标,以优选的元结构为依据,对立柱进行重构设计,提高了立柱的动态特性。在机床的初步设计中,为其部件的优化设计提供了一定的参考价值,缩短了设计周期,提高了设计效率。

摘要：为提高某精密数控机床床身抗振性能,运用结构动态优化原理和有限元法的变量化分析方法,对精密机床床身元结构进行动态特性分析。并以元结构分析结果为依据,提出了该床身结构的2种结构优化方案。比较分析2种结构优化方案与原床身结构方案的动态性能,分析结果表明,优化方案床身的动态性能得到了明显提高。

摘要：YKW51250插齿机床身是关键的承载大件,其动态性能的好坏将直接影响整机的加工精度和稳定性。为实现床身的快速动态优化设计,提出了一种新的机床动态特性分析方法,这是一种基于元结构理论的分析方法,将元结构理论合理应用于机床动力学领域。首先,使用Python语言建立元结构的参数化模型,分析机床床身元结构各主要参数对其动态特性的影响。在此基础上,对床身元结构参数进行多目标优化,得到了元结构的固有频率和质量,以及元结构参数间映射关系和多目标优化的Pareto解集。再次,通过LMS试验验证了优化结果。最后,通过YKW51250插齿机床身算例证明了该方法是可行的,床身低阶固有频率得到了较大幅度的提高,改善了床身的动态特性,实现了根据机床元结构变量制造满足相应要求的机床的目标,具有较高的精度和较强的工程实用性。