本文關(guān)鍵詞：門式啟閉機門架結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設計

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【摘要】：隨著國家經(jīng)濟快速的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大和自動化程度的提高,起重機已經(jīng)廣泛用于現(xiàn)代化生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。在起重機的傳統(tǒng)設計過程中,設計任務量大且繁瑣,而且采用安全系數(shù)法往往設計出結(jié)構(gòu)偏重、能耗高的產(chǎn)品。科學技術(shù)的飛速發(fā)展促進許多跨學科的先進設計方法不斷涌現(xiàn)。與此同時現(xiàn)代社會資源環(huán)境的不斷惡化,起重機產(chǎn)品勢必向著智能化、多樣化、節(jié)能經(jīng)濟的輕量化方向發(fā)展。因此借助計算機技術(shù)和現(xiàn)代優(yōu)化設計方法,設計出更低耗能、更加智能化、更加安全可靠的環(huán)境友好型起重機具有十分重要的意義。本文以水利工程領(lǐng)域中某型門式啟閉機為研究對象,基于參數(shù)化思想實現(xiàn)啟閉機門架結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模,并由此開展門架結(jié)構(gòu)的輕量化研究。具體研究內(nèi)容如下：(1)利用有限元分析軟件ANSYS中的參數(shù)化設計語言APDL實現(xiàn)門式啟閉機門架金屬結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模。通過門架結(jié)構(gòu)的靜力學分析可知,工況五(即靜載試驗)中門架結(jié)構(gòu)所承受應力和應變最大,所處位置均位于主梁上翼緣板集中載荷作用處(即小車輪壓附近),但都滿足設計要求。(2)結(jié)合遺傳算法,以啟閉機門架重量減輕為目標,結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)為設計變量,許用應力和剛度為約束條件進行優(yōu)化設計,優(yōu)化后減重約30%,優(yōu)化效果顯著。(3)考慮不確定性對產(chǎn)品質(zhì)量性能的影響,采用蒙特卡羅模擬法對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)模型進行可靠性分析,得到優(yōu)化后模型的可靠度以及各設計變量的靈敏性。結(jié)果表明：優(yōu)化后結(jié)構(gòu)模型的可靠度為86.5%；功能函數(shù)對許用應力、主梁蓋板厚度及腹板厚度的變化最敏感。(4)在門架結(jié)構(gòu)確定性優(yōu)化及可靠性分析的基礎(chǔ)上,引入6δ設計方法,結(jié)合蒙特卡羅模擬抽樣和遺傳算法,完成了門架結(jié)構(gòu)的6δ穩(wěn)健優(yōu)化設計。結(jié)果表明：穩(wěn)健優(yōu)化結(jié)果實現(xiàn)門架重量減輕約為21.6%。較確定性優(yōu)化結(jié)果,6δ穩(wěn)健性優(yōu)化后的模型重量有所增加,但減低了目標函數(shù)對主梁蓋板厚度及腹板厚度等不確定因素的敏感性,其可靠度達到0.98。(5)最后結(jié)合Visual Basic和ANSYS軟件,成功開發(fā)了門式啟閉機參數(shù)化設計分析軟件�？蔀殚T式啟閉機的設計提供參考,同時提高設計人員工作效率,縮短啟閉機產(chǎn)品開發(fā)的周期。
【關(guān)鍵詞】：啟閉機 有限元 優(yōu)化設計 蒙特卡羅模擬 穩(wěn)健優(yōu)化
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH21
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 研究的背景和意義9
• 1.2 課題相關(guān)研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 起重機的發(fā)展動態(tài)和研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 不確定性優(yōu)化設計方法的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線13-15
• 1.3.1 論文研究的主要內(nèi)容13
• 1.3.2 技術(shù)路線13-15
• 第2章 門架結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模及結(jié)構(gòu)分析15-36
• 2.1 有限元理論15-17
• 2.1.1 有限元法的基本思想15
• 2.1.2 ANSYS軟件簡介15-16
• 2.1.3 參數(shù)化思想及APDL16-17
• 2.2 門架結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模17-21
• 2.2.1 門式啟閉機簡介17-18
• 2.2.2 單元類型的選擇及材料屬性18-19
• 2.2.3 有限元模型的簡化處理19
• 2.2.4 門架結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型生成19-21
• 2.3 有限元分析中的載荷及約束情況21-26
• 2.3.1 載荷計算21-24
• 2.3.2 載荷組合及工況選擇24-25
• 2.3.3 結(jié)構(gòu)模型的約束情況25-26
• 2.4 門架結(jié)構(gòu)靜力學分析26-35
• 2.4.1 有限元分析結(jié)果的提取26
• 2.4.2 門架金屬結(jié)構(gòu)強度分析26-33
• 2.4.3 門架金屬結(jié)構(gòu)靜剛度分析33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 門架結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)確定性優(yōu)化設計36-45
• 3.1 優(yōu)化設計的基本概念36
• 3.2 門架優(yōu)化設計數(shù)學模型36-38
• 3.2.1 優(yōu)化設計數(shù)學模型36-37
• 3.2.2 門架優(yōu)化的設計變量37
• 3.2.3 門架優(yōu)化的約束條件37-38
• 3.2.4 門架優(yōu)化的目標函數(shù)38
• 3.3 門架優(yōu)化設計的實現(xiàn)38-41
• 3.3.1 ISIGHT軟件的簡介38-39
• 3.3.2 多島遺傳算法39-40
• 3.3.3 ANSYS與ISIGHT集成運算40-41
• 3.4 優(yōu)化結(jié)果分析41-44
• 3.4.1 優(yōu)化結(jié)果處理41-42
• 3.4.2 優(yōu)化后門架結(jié)構(gòu)有限元靜力學分析42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第4章 門式啟閉機門架結(jié)構(gòu)的不確定性分析45-55
• 4.1 ISIGHT環(huán)境下的可靠性分析45-47
• 4.1.1 結(jié)構(gòu)可靠度45-46
• 4.1.2 蒙特卡羅模擬法簡介46-47
• 4.2 門架結(jié)構(gòu)可靠性分析中隨機變量的統(tǒng)計處理47-49
• 4.3 門架結(jié)構(gòu)可靠性分析的求解及分析49-54
• 4.3.1 ISIGHT環(huán)境下結(jié)構(gòu)可靠性分析流程49-50
• 4.3.2 門架結(jié)構(gòu)可靠性分析50-51
• 4.3.3 可靠性結(jié)果及分析51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 門式啟閉機門架結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性優(yōu)化設計55-61
• 5.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)健優(yōu)化設計方法55-57
• 5.1.1 田口穩(wěn)健設計方法55
• 5.1.2 6σ概念55-56
• 5.1.3 6σ穩(wěn)健優(yōu)化設計56-57
• 5.2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)健優(yōu)化設計模型創(chuàng)建57-58
• 5.3 穩(wěn)健性優(yōu)化設計結(jié)果58-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 第6章 門式啟閉機參數(shù)化分析軟件開發(fā)61-68
• 6.1 二次開發(fā)的背景61-64
• 6.1.1 ANSYS的二次開發(fā)技術(shù)61
• 6.1.2 程序設計語言Visual Basic61-62
• 6.1.3 VB對ANSYS二次開發(fā)的實現(xiàn)62-64
• 6.2 軟件開發(fā)環(huán)境64
• 6.3 實例應用64-67
• 6.4 本章小結(jié)67-68
• 第7章 結(jié)論與展望68-70
• 7.1 結(jié)論68-69
• 7.2 展望69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-74
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及參與的科研項目74-75
• 附錄75-81

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1 陸紀國 ,夏文彥;2×1250/250kN門式啟閉機的控制系統(tǒng)[J];起重運輸機械;2003年01期

2 陸紀國,夏文彥;三峽尾水門式啟閉機的控制技術(shù)[J];水利電力機械;2003年01期

3 李寶;水電站門式啟閉機的轉(zhuǎn)移方案[J];起重運輸機械;2004年10期

4 陳圖均;馬書敏;;門式啟閉機參數(shù)化有限元分析[J];機械;2006年S1期

5 陳旭;;超大型門式啟閉機的概念設計[J];水利水電施工;2009年06期

6 溫煥，

本文編號：789357