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有限元分析论文范文1
关键词：城市园林有害生物问题分析对策
1有害生物的现状
号称松树“癌症”的松材线虫在广东、江苏、浙江、安徽、山东等地每天都有新的疫点发生，其蔓延之势已覆盖了我国5亿多亩森林。
危害100多种植物的美国白蛾在辽宁、山东、河北、天津等地并未“扑灭”，而且新疫点频频出现，现对北京已成包围之势，正在敲响北京的大门。
国槐的蛀干害虫锈色粒肩天牛，八十年代至九十年代初一直以河南、山东南部为根据地，局部为害国槐、栾树，九十年代中期向东、西、北三个方向出击，成为蛀干害虫的优势种，如今已成为北京市树“国槐”新的重要蛀虫。
从未过长江的北方蛀虫臭椿沟眶象，在本世纪初，跟随寄主千头椿大举入侵上海市，形成严重危害。
日本松干蚧是一种毁灭性害虫，遍及华东各省，如今又向东北扩散，吉林省1994年首次发现受其侵害，至2002年发生面积已达27万亩，成灾面积13.5万亩，4万亩松林在虫口下濒死或枯死。
杉树、柏树的重要蛀干害虫双条杉天牛向北已蔓延到沈阳，大有向东北扩散之势。
光肩星天牛的危害面积已达50万公顷。
青杨虎天牛在黑龙江哈尔滨周边地区再度暴发成灾。
蔗扁蛾是我国新发现的一种鳞翅目钻蛀性害虫，危害香蕉、甘蔗等经济作物，防治难度较大，如今已遍及华东、华中、华北、西南、东北等各地城市园林，危害植物达22科之多，除巴西木、发财树、绿萝、一品红、棕竹、鹅掌柴外，全国各地尤其是城市园林许多木本、草本花卉被其侵害。杨树烂皮病1999年春在东北全部及华北、内蒙古部分地区流行，被害致死柳、杨等绿化树木近15万株。
松枯梢病在山西、陕西、辽宁大发生，大连沿海地区的大片黑松患病死亡。
银杏大蚕蛾仅在陕西就发生2万公顷，东亚飞蝗在西北、华北再度暴发成灾。
2003年春，长春市因冻害死亡杨、柳树2万余株，由冻害引发病害，严重染病的树木3万多株。
原产南美的水葫芦，学名凤眼莲，作为畜禽饲料、观赏和净化水质的植物被引入并推广种植，后逸为野生，以极快的无性繁殖，形成单一的优势群落。在云南已成“喧客夺主”的心腹之患，占据了滇池10平方公里的水域，破坏当地水生植物和水生动物，堵塞交通，给渔业和旅游业造成重大损失，严重地破坏了生物间生态平衡。
2问题分析
2.1绿化格局的调整改变了原有有害生物的结构
园林植物是城市建筑物、道路之间互相联系并使之成为一体的纽带。国外园林风格不断传入我国，植物配置和种植方式更加多变，如疏林草地、规则绿化等，打破了我国传统园林格局。园林植物种类、数量以及绿化面积大幅度增加，改变了城市中原有有害生物的种类、结构和危害。如今，蛀干害虫、“五小害虫”（蚜、螨、蚧、粉虱、蓟马）和生态性植干病害成为城市园林植物的主要病虫害。
2.2绿化植物的不合理配置为病虫害的发生提供了先决条件
害虫与寄主在长期进化过程中形成了协同进化关系，可以说植物一栽下去就决定了病虫害的发生程度，不合理的种植结构是病虫害严重发生的源头。2.3园林植物检疫环节薄弱，外来病虫猖獗
随着国际间植物交流的频繁，侵入型害虫不断传入我国，而我们当地天敌尚不能马上跟踪适应，这些自然控制因素的丧失使侵入型害虫比我国本地害虫具有更大的危害性。严重危害100余种花卉植物的毁灭性食叶害虫美洲斑潜蝇和前面提到的蔗扁蛾就是近年从国外传入的，并在短短两年时间就遍及我国22个省区。
2.4城市生态恶化为病虫害的发生开启了方便之门
城市环境是由人工建造起来的特殊生态系统，地上部分往往是空气污染严重、光照条件不佳、人为破坏频发；地下部分往往是土壤坚实、透气性差、土质低劣、缺肥少水、生长空间狭窄，这些直接导致了有害生物的大发生。当某种生态因子达到灾变程度，而养护管理又长期相当不力时，生态平衡将被打破，园林植物病虫害就暴发成灾，发展成为自然生物灾害。
2.5气候异常促使城市园林病虫害大发生
在城市恶劣的生态环境下，园林植物生长势极弱，这时气候方面的因素则变成决定性影响因子。
1999年柳树烂皮病大发生，国家林业局专家组确定为灾变性气候引起。
2003年春长春大量树木死亡也是由灾变性气候引起。
3对策：
3.1加强抗性植物品种的选育及应用
植物材料的选择应以植物区系分布规律为理论基础，以乡土树种为重点，以适应城市生态环境，如抗干旱，耗水少，耐瘠薄和土实，抗污染，抗冻害，抗病虫，耐粗放管理等7个方面为树种选择的首要标准。
3.4加强养护管理，减少有害生物的发生
;加强养护管理就是人为地调整适合目的植物生长，而不适合有害生物生长的环境条件，使目的植物能健康、茁壮地生长，有害生物很难侵入，也不能大量繁殖，对目的植物构成威胁。从根本上解决植物衰退病这一难题。
3.3从规划设计着手，控制有害生物的发生
从尊重生态系统自我调节出发进行园林规划设计，遵循生物共生、循环、竞争的原则，以乔木为主，实行乔、灌、藤、花、草多种植物合理混配的林荫型绿化，造成一个和谐、有序、稳定的园林植物群落，形成一个多品种、多层次、互促共存、遮阴效果好的复层种植结构。
有限元分析论文范文2
关键词：汽车零部件；快速设计；有限元分析
引言
快速设计是为实现加快新产品开发周期，提高设计效率减少重复劳动的目的而诞生的。不同于传统的设计，它储存了设计的整个过程，能设计出一簇而非单一的，形状和功能具有相似性的产品模型[1]。汽车零部件有很多零件虽然尺寸不同，但形状相差不大，建模的特征及顺序很接近，适合使用快速设计。
快速设计技术以及快速设计系统的开发是一个研究热点，国内外很多高校和研究机构都做出了大量的研究。太原理工大学的王铁教授提出功能元的概念，并将之用于手枪等的快速设计[2]。大连理工大学的马铁强教授将CAD模型的重用技术应用于产品的快速设计上[3]。中国科学技术大学的蒋维将混合模板库与锻压机床的快速设计进行了结合，并集成了CAE模块[4]。国外快速设计的研究一直走在我们的前头。波音、空客、福特等大型制造企业都有自己的快速设计系统。
我国已经是汽车产销大国。据中国汽车工业协会统计，据中国汽车工业协会统计，2013年我国新车销售2198.41万辆，同比增长13.87%，居世界第一。为了降低制造成本，提高产品的市场竞争力，整车制造厂商往往以客户的身份将汽车零部件以订单的方式下发到具有不同加工能力的中小型企业（供应商）生产。随着技术的发展，汽车更新换代速度加快，零部件制造企业如何快速响应，来协同整车制造企业正成为一个日益严重的问题。在我国制造业比较发达的上海和苏南地区，中小企业往往因为不能及时设计造成无法按期供应产品而导致跑单。
1.系统的功能要求
汽车零部件快速设计与有限元分析系统主要服务于中心型汽车零部件制造企业的，基于特征和参数化技术的，可以解决企业人才短缺，无法同时具备解决快速设计及有限元分析两部分内容的问题。一般中心型汽车零部件制造企业生产的产品具有类别相同，尺寸不同的特点因此，系统的应实现以下几个方面的功能：
1.1快速造型设计，输出三维模型和CAD图纸，显著提高零件的设计速度；
1.2零件的详细CAD模型和简化CAE模型的对应和设计参数的共享；
1.3零件有限元分析边界条件参数化，可实现快速有限元分析。
2.系统设计
2.1通过对同系列零件特征的分析，将特征进行归类，建立基于特征的参数表达式，通过特征的叠加得到同系列零件系列化的参数化模型。将零件进行归类、存档，构成零件的参数化模型库；
2.2运用KBE（Knowledge-Based Engineering）技术和软件工程的方法，以零件的参数化模型库为支撑，以通行的CAD/CAM软件UG作为开发平台，以UG/Open API和Microsoft VC++ 6.0作为开发工具和编程语言，开发零件的快速设计系统，提高设计速度；
2.3基于APDL（ANSYS Parametric Design Language，ANSYS参数化设计语言）建立零件的参数化有限元模型，实现特征和边界条件的参数化，并形成可用于分析*.txt文件。当用户在快速设计系统中输入参数建立零件的详细CAD模型的同时，系统将自动修改*.txt文件，重新生成分析文件。通过调用有限元分析软件ANSYS读取该*.txt文件对零件进行有限元分析，并可对零件进行结构优化设计。
3.结论
汽车零部件快速设计与有限元集成系统切中中心型汽车零部件制造企业不具备快速设计的问题。然而此类企业生产的产品具有类别相同，尺寸不同的特点。因此，系统根据实际情况来开发，具有明显的优势：
3.1通过建立零件的参数化模型库实现零件的快速设计；
3.2在完成零件详细的CAD模型的同时，系统自动完成简化CAE模型的建立，并传递设计参数，且所有模型都实现参数化；
3.3本系统的建立将极大的减少零件设计和分析的重复性工作，极大的提高设计效率。
参考文献：
[1]王良文，王传鹏，郭志强等. 基于ANSYS二次开发的塔式起重机快速设计系统[J]. 机械设计，2014，31（5）：69-74.
[2]张浩浩. 基于功能元的快速设计平台研究[D]. 太原：太原理工大学硕士学位论文，2006.
[3]马铁强. 支持产品快速设计的CAD模型重用技术研究[D]. 大连：大连理工大学博士学位论文，2009.
[4]蒋 维. 基于CAD/CAE混合模板库的锻压机床快速设计、优化方法研究[D]. 合肥：中国科学技术大学博士学位论文，2008.
[5]刘巍巍，邵文达，刘晓冰. 面向机械产品创新与快速设计的知识建模方法研究[J]. 组合机床与自动化加工技术，2014，（5）：27-30.
[6]王 志，张进生，于丰业等. 基于模块化的机械产品快速设计[J]. 机械设计，2004，21（8）：1-3.
作者简介：
项忠珂（1984- ），男，江西上饶人，硕士，讲师，研究方向：结构优化设计，汽车安全技术。
有限元分析论文范文3
关键词：CAD/CAE一体化，有限元分析，一段板簧
1.1导入CAD生成的模型
通常情况下，对于非常复杂的不规则线、面或体，在ANSYS中建立其几何模型将非常复杂。这时可以采用在熟悉的专用的CAD系统中建立几何模型，然后通过ANSYS提供的接口导入到ANSYS中，这样可以实现CAD/CAE一体化技术，提高效率。然而，从CAD系统中导入的模型很可能需要另外的大量的几何模型的修补工作。
1.2导入在CAD系统创建的模型以实现CAD/CAE一体化
1.2.2 以IGES格式实现导入
在PRO/E完成的模型被另存为IGES的格式可以导入ANSYS7.0中，但这种方式经过大量的检验证明是很有局限性的，只有当模型简单包括很少的特征才可能不产生基本特征的丢失。对于稍稍复杂的模型来说就会丢失一些特征特征，这就使我们不得不进行大量的模型修补工作。
1.2.3从PRO/E中启动ANSYS实现CAD/CAE一体化
ANSYS还具有从PRO/E中导入*.prt或*.asm的功能，但是按照ANSYS帮助里的提示不能将模型导入。经过实践研究，CAD的各种文件格式导入到ANSYS中都存在着一些问题。本文最后解决了从PRO/E中启动ANSYS实现了CAD/CAE的一体化。并发现也能够从ANSYS中将模型以*.prt或*.asm的格式导入。而且通过这种途径导入的模型或启动ANSYS绝对没有任何模型元素的丢失。
下面介绍实现的过程；
（1）在同机的同一工作系统下安装有Pro/E和ANSYS两种软件；
保证上述两种软件的版本兼容，Pro/E的版本不得高于同期的ANSYS的版本；
（2）开始?程序?CAD/CAM?ANSYS Release7.0?Utilities?ANS_ADSIN Utility?Configurationoptions?OK? Configuration Connection for Pro/E?选择ANSYSProduct?选择Graphics device name(NT: Win32)?会出现SUCCESS提示：
给出Pro/Engineer installation path?（在我们的机器上PRO/E的工作路径是
C:PROGRAM FILESPROE2001）会出现如下提示：
至此，PRO/E和ANSYS接口程序已经设置成功。
——PRO/E的系统实用工具主要集中Utilities 菜单中，个别集中在View菜单中。利用 Utilities菜单中的选项View菜单的个别选项可以系统各项设置值，定制工作环境，例如定制用户界面，加载和编辑配置文件等。科技论文，CAD/CAE一体化。。这里利用管理辅助应用程序 Auxiliary Applications将ANSYS Geom加到PART菜单下；用Register找到ANSYS安装目录下的protk.dat文件，选中这个文件，再运行start即可。
——完成第一步的设置，应该可以将文件*.prt或*.asm的格式导入ANSYS中，但是导入时程序却没有响应；完成以上两步的设置，在PRO/E中创建完模型后点击ANSYS GERM应该可以直接进入ANSYS中。有一超时功能中理论上的“无限时间”设置使用不恰当的日期值，这一日期值相当于2004年1月10日，所以到了2004年1月10日，代码会自动判断当前时间已经超过无限时间。科技论文，CAD/CAE一体化。。据PTC介绍，这种超时功能的主要软件模块是
“Name Service Demon”(nmsd.exe),所以要对nmsd.exe进行更新。要用一个网上下载的nmsd.rar的补丁来覆盖以超时的这个模块。更新了nmsd.exe后实现了点ANSYS GERM后启动了ANSYS7.0会自动生成*.anf文件，以上所做的工作均可以在Windows2000下顺利的运行。进入了ANSYS中在输入窗口输入命令：
/inut,文件名（不带后缀），anf
后再执行plot volume即可。科技论文，CAD/CAE一体化。。科技论文，CAD/CAE一体化。。经过此设置文件以.prt的格式导入ANSYS中都不会有任何特征的丢失。
经过以上三步的设置就会发现PRO/E和ANSYS的无缝接口。
3.3 在PRO/E中建立模型并在ANSYS中分析
3.3.1在PRO/E中建模（一段单板簧）：
一、尺寸的选取
1）b,l由经验选取2
2）h的确定,要求43
3）H=5h
二、弹阻力的计算
1）弹阻力计算公式
2）弯矩公式
若令Q=0可得kl==l
=0 可得kl-2=l
则N=4
a)的确定
l=,l= b)弹阻力计算
最大负荷时弹阻力为 =0
最小负荷时的弹阻力为
3.3.2将PRO/E中建立的模型导入ANSYS中没有几何数据的丢失：
3.3.3在ANSYS中对导入的模型进入前处理器
（1）定义单元类型，选取菜单Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete弹出Element Type对话框，单击按钮Add弹出Library of Element Types对话框，选择相应的单元类型，单击OK按钮返回Element Types对话框，单击Close按钮。科技论文，CAD/CAE一体化。。
（2）定义材料属性：选取菜单Main Menu>Preprocessor>Materical Props>Materical Models 弹出Define Materical Models Behavior对话框，在右边的MatericalModels Available 框中连续双击选择Structural>Linear>Elastic>Isotropic,弹出Linear Isotropic Properties for…..对话框在EX和PRXY选择相应的值，单击按钮返回DefineMaterical Model Behavior 对话框，选择该对话框菜单Define MaterialModel Behavior>Materical>Exit.定义完单元类型和材料属性后，对于从PRO/E中导入的模型就可以进行网格划分了
（3）进行网格划分：单击MeshTool对话框中Mesh按钮弹出MeshAreas拾取对话框，单击pick all按钮执行网络划分操作。科技论文，CAD/CAE一体化。。
（4）退出前处理器MainMenu>Finish.
（5）并且对所做的划分执行存储，单击ANSYS Tooler窗口中的SAVE_DB按钮。
3.3.4执行求解，当求解结束后，弹出黄色提示信息对话框显示Solution is done!表示求解成功完成。观测等效应力动画结果。
有限元分析论文范文4
Abstract： The thesis takes Dongfeng Dana TD 485 after single screw drum brakes as the research object to carry out stress analysis of drum brakes. The mechanical models of the main stress components （brake drum， brake shoe and friction plate） are established ignoring some details of brake parts processing. The 2D finite element model of rear drum brake is established based on the 3D finite element software UG， and the finite element analysis software ANSYS workbench is used to establish the friction contact relationship of this brake， and for nonlinear analysis of frictional contact of the brake drum. The stress distribution and deformation of the brake drum under small angular displacement are studied. It provides a reliable basis for the improved design of the brake.
关键词：鼓式制动器；ANSYS workbench；制动鼓；有限元分析；摩擦接触
Key words： the rear drum brake；ANSYS workbench；drum brake；finite element analysis；frictional contact
中图分类号：U463.51 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）08-0091-03
0 引言
目前，大多数重型载货汽车采用的制动系统为鼓式制动器，其中制动鼓是制动系统中的重要部件之一[1]。目前，制动器的失效大多数是由于制动鼓的失效引起的，其主要失效形式有：非正常的磨损、掉底、龟裂、开裂、磨损过大[2]，对制动器中的制动鼓进行结构的受力接触和有限元分析，是提高制动系统制动性能和稳定性的重要举措。论文是以东风德纳TD485后单边驱动桥为研究对象，它是东风德纳车桥有限公司全新开发的重型驱动桥，其制动器总成为渐开线S凸轮式与气动式相结合的干摩擦I从蹄式鼓式制动器。利用ANSYS workbench有限元技术的接触分析对制动鼓较为深入的研究摩擦接触副压力分布和摩擦变形，为制动器往后的结构参数的改进与优化提供了可靠依据。
1 鼓式制动器的力学计算模型
1.1 制动器整体受力分析
为了能更为真实地模拟制动鼓的受力分析，本论文首先建立整体的鼓式制动器模型。论文是以东风德纳TD485后单驱动桥鼓式制动器为研究对象，该制动器的主要参数来源于东风德纳车桥有限公司提供的《东风德纳TD485单边驱动桥使用与维修手册》，其部分主要结构参数如表1所示。
2.2 有限元模型的网格划分
将在UG中装配好的三维有限元模型以TXT的格式导入到ANSYS workbench中，并对模型进行几何处理，为了能准确反映制动鼓的压力分布以及几何变形，采用solid226三维二十节点六面体耦合分析单元，采用切分的方法对其各部件进行网格的划分。其各部件的有限元网格模型，如图7所示。其中制动鼓的网格节点数为74456，单元数为14596；制动蹄的网格节点数为40555，单元数为8360；摩擦片的网格节点数为10976，单元数为2046。在网格划分前定义好制动器各个部件的材料属性、单元类型。
2.3 制动器接触对的建立
制动器在制动的过程中，凸轮推动制动蹄，使用铆钉固定在蹄上摩擦片压向制动鼓，使鼓与片产生挤压和摩擦。利用ANSYS workbench中的connections来定义制动器各部件的接触关系，用以模拟这个复杂的运动过程。在接触对的建立过程中，依据接触分析中目标面和接触面的选取原则[7]，定义接触各部件的目标面和接触面。制动鼓内表面与摩擦片外表面相接触，根据接触原则，定义鼓的内表面为目标面，片的外表面为接触面，设置接触类型为“摩擦”，摩擦系数选取0.38；同理可得，制动蹄与摩擦片的接触，蹄的外表面为目标面，片的内表面为接触面，设置接触类型为“绑定”。根据各部件选取的材料类型，定义制动器各部件接触类型为柔-柔接触类型。
2.4 边界条件的设置、载荷与约束的施加
有限元分析论文范文5
增强砖砌体组与未增强组受力过程及破坏形式。分析增加纤维网数量对抗剪强
度增强效果及受力机理。
【关键词】玄武岩纤维网；ANSYS ；砖砌体；增强；抗剪
1. 试件制作
试件的制作及试验均严格执行《砌体基本力学性能试验标准》【1】的要求，采用由9块砖组成的双剪试验，采用多孔砖平均强度为10.31MPa，砂浆平均强度为5.9MPa。截面尺寸为230mm×280mm×350mm（厚×宽×高）共分为D、E、F 三组，每组6个试件。D组是未增强组，增强组是E、F组。增强方式为在试件正立面上粘贴一层纤维网（E组）跟两层纤维网（F组）。
2. 加载方法和破坏过程
加荷采用规格为2000KN的微机控制全自动压力试验机，需严格按照下列步骤操作：1.测量各受剪面尺寸，精确至1mm。2.调整放置于下钢板试件的位置，使试件竖向几何中线与上压板轴线处于同一条直线上。3.当肉眼观察到试验机顶板与试件刚刚接触时，使用匀速连续加荷方式进行抗剪试验。把握 好加荷速度将试件控制在1至3分钟内破坏。当有一个受剪面被剪坏即认为试件破坏，应记录破坏荷载值和试件破坏特征【1】。
试验现象表明，D组砖砌体双剪破坏显示出脆性特征，迅速且没有任何征兆。加载到试件的极限值后，试验机的荷载曲线急剧下降，砌体纵向变形突增。最终破坏现象是：试件被劈成三个独立体，破坏面的位置处于砂浆与砌块的竖向粘结面，破坏面平整光滑。由此可以得出，砂浆与砖的粘结力决定砌体的抗剪强度。E组和F组砌体试件为纤维网增强试件，其受剪过程和破坏机理几乎相似，与D组对比试件的破坏形态有较大的差别。大多数试件发生穿过增强面层的剪切破坏。裂缝呈断续状，宽度不大且有一定的延性。由此形成鲜明对比的是有些试件发生了增强面层开裂的剪切破坏，裂缝宽度大。表现为明显的脆性破坏特性。
3. 试验结果
由实验数据测得，D组抗剪强度平均值为0.45MPa，破坏形式为双剪破坏。E组抗剪强度平均值为0.65MPa比D组增加了44.4%，破坏形式为双剪破坏，且纤维网被剪断。F组抗剪强度平均值为0.69MPa，比D组增加了53%，破坏形式跟E组相似。可见，玄武岩纤维增强层具有较好的抗拉性能及阻裂作用，不但能延缓裂缝的出现，控制裂缝的宽度，还能有效的分担砌体的剪切荷载，延缓剪切破坏的时间。比较E、F组数据，两者的平均值很接近，说明通过增加纤维网数量的方式来强化砌体的抗剪性能效果不明显。
4. 有限元分析
多孔砖和砂浆均采用SOLID65单元，具有可以模拟模型的断裂和压碎功能。玄武岩纤维网采用SHELL41膜单元，具有面内薄膜刚度，但是没有向面外的弯曲刚度，可用于弹性薄壁的壳体结构分析。假定玄武岩纤维网和砖砌体之间的连接保持完好，不考虑相对滑移—跟现实的试验情况不符。本文采用耦合命令对两种材料进行粘结.
表1-1 有限元分析结果比较（模型尺寸255mm×230mm×340mm）
组别 抗剪强度平均值（MPa）
增强情况 有限元结果 实验结果 与试验结果的偏差
D 未增强 0.52 0.45 15.6%
E 一层CBF网 0.66 0.65 1.0%
F 两层CBF网 0.64 0.69 7.2%
由表1-1可看出，
（1） ANSYS计算结果与实验结果很接近，说明用有限元能够很好的模拟砖砌体的双剪试验。
（2） D﹑E﹑F组的有限元结果大致呈递增的趋势，验证了纤维网能够提高砖砌体的抗剪强度，与实验结论基本相符。
（3） F组的有限元结果比试验结果略微有所降低，其原因可能是有限元模拟忽略了网与网之间的粘结，导致有限元结果小于试验结果。
5. 试验结论
从试验现象知，用CBFN进行砌体的抗剪增强是非常有效的。在采用CBFN对砖砌体进行增强时，CBFN的层数对抗剪强度的影响不大，表明单纯增加CBFN的数量，不能使CBEN充分发挥作用。砌体的抗剪强度取决于块体、砂浆和CBFN三者的粘结强度及CBFN的受力性能。可以认为增强墙体的抗剪承载力等于砖砌体的抗剪承载力和纤维网拉杆机制所承担的抗剪承载力之和【2】。通过本次试验，只要满贴一层CBFN 就能达到理想的增强效果。
参考文献
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有限元分析论文范文6
关键词：机床龙门铣横梁导轨有限元分析
前言：在金属切削机床中，机床导轨是机床的重要组成部分之一，横梁导轨的精度对机床的几何精度影响较大而且不容易控制，导轨的行程越大对机床的整体刚度和精度影响就越大，不同的导轨布置对横梁的变形影响差异很大，本文中着重对相同截面的横梁不同形式的导轨进行有限元分析，分析结果表明，横梁偏置导轨的受力状况较好。
1.现状对比分析
目前龙门铣横梁导轨90%都是两导轨面在同一平面上，这种导轨布局是现有机床普遍采用的结构，这种结构形式简单，加工容易，加工时一次性对刀就能够完成两个导轨的加工，但其抗扭转能力较差，横梁截面积使用率低（有效的抗扭转面积），除导轨部分以外其余部分只提高了横梁的刚度而不能提高导轨的抗扭转能力，而另一种结构就是专利文献03278071.0中提到的龙门加工中心的横梁导轨结构，横梁两条导轨的导轨面在一个与垂直方向成一个夹角的平面上，其能够提高机床横梁的抗扭转变能力，但是将导轨加工成与基面成一定夹角的形式在加工过程中，几何精度很难保证，必然要增加加工辅助设备，进而增加了生产成本。
2.模型的建立与有限元对比分析
本文介绍一种偏置式导轨布置结构，这种偏置导轨能够提高横梁的抗扭转能力，加工工艺又很容易保证，通过对两种不同导轨布置形式的横梁进行分析，得出偏置式导轨具有较好的抗扭转能力，能够提高横梁扭转刚度，是一种非常合理的导轨布置形式，在设计过程中经过对现有横梁结构进行优化设计得出，偏置式的导轨形式不仅满足了横梁的抗扭转能力的要求，加工工艺更加合理；更能满足现代化机床发展的需要；如图1所示，图为龙门铣的结构示意图，横梁以及滑座整个安装在立柱的前导轨面处，横梁受力状态比较复杂，不仅要抵抗重力变形，还有承受加工过程中的弯扭组合变形，横梁导轨的结构形式直接影响了横梁在整个机床中的抗弯扭能力。
滑座及滑枕安装在横梁的前导轨面，如图2所示为横梁截面图，其中上导轨1相对下导轨7向横梁内侧偏移一个距离,使得两个导轨处于一种偏置状态，导轨布置的偏置量可以根据横梁的实际状况通过计算确定，通过有限元分析最终确定具体的数值；上导轨向横梁内侧偏移后，两导轨面不在同一平面上，两导轨的受力状态也发生了改变，偏置后的阶梯导轨比原有的导轨有更好的受力状态，图2中，滑座5及滑枕4的整体重心向横梁内侧偏移，将导轨的切削时受力状态简化为如图3、4所示形式，在横梁的后导轨处增加固定约束，上背板2及滑座5主导轨面对横梁产生的压力如图示，前导轨面处增加相同的压力，通过有限元分析，分析结果如下图所示，导轨的尺寸不变横梁截面不变的情况下，将上导轨向横梁内侧偏移后，横梁导轨处的抗扭转变形为4.63×10-5 mm，应力为0.45N/mm2, 导轨在一个平面上时，横梁导轨处的抗扭转变形为9.05×10-5 mm，应力为0.8 N/mm2，相同的约束条件，相同的受力状态，变形及应力情况都有很大变化，从分析结果上看很容易看出，偏置后的导轨受力状态要比未偏置的好很多；
结束语：
从分析数据上看，偏置式导轨要比传统的导轨形式的抗扭转能力强，同时相同截面的横梁，上导轨向内侧偏移横梁的重量会减小很多，由于横梁自重引起的变形也会减小，在实际生产中更能满足龙门铣横梁的扭转刚度要求，能够保证机床横梁具有更好的刚度，减小了横梁的变形，从而提高了机床的稳定性，提高机床横梁截面积的使用率。
