龙门加工中心因其具有加工跨距大、效率高、刚度好、加工零件精度高等特点,被广泛运用于大型零件的生产制造之中。龙门加工中心各零部件的静、动态性能很大程度上决定了龙门加工中心的加工性能。本文以定梁龙门加工中心作为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对其龙门框架进行静、动态分析及优化设计。本文完成的主要工作如下:(1)通过结合Workbench有限元分析软件,基于对乌龟壳的结构仿生,设计了一种拱形与纵横筋板相结合的新型横梁筋板结构。首先通过无筋板横梁的应力分布云图和对乌龟壳的结构仿生确定横梁筋板结构,再通过拓扑优化技术去除横梁结构的冗余质量。筋板结构确定后,通过优化技术,以横梁的形变量、重量及固有频率作为性能指标,对横梁的关键尺寸进行灵敏度分析,以达到对横梁进行优化的目的。设计优化后的新型筋板结构横梁与原型横梁相比在性能上有了明显的提升。(2)通过结合Workbench有限元分析软件,重新设计了一种立柱筋板结构,以立柱的形变量、重量及固有频率作为性能指标,对新的立柱筋板结构关键尺寸进行灵敏度分析,以得到最优的立柱筋板结构。设计优化后的改进筋板结构立柱与原型立柱相比静、动态性能有了明显的提升。(3)基于虚拟材料法,在横梁和立柱之间添加一层虚拟材料,再对龙门框架整体进行静力学分析及模态分析。通过分析对比,龙门框架整体性能得到了明显的提升。(4)针对拱形与纵横肋条相结合的新型内部筋板结构横梁,对两种横梁导轨布置形式进行讨论。首先对两种横梁进行建模,再通过对横梁进行力学分析,分别确定两种横梁的受力状况,最后通过Workbench有限元分析软件,对两种横梁进行静态分析。分析结果表明,新型的内部筋板结构配合导轨竖直方向平行布置形式具有更优的性能。