起重機在工業(yè)中具有非常重要的作用,但是國內(nèi)起重機存在結構笨重以及耗能大等缺點,限制了整個行業(yè)的發(fā)展。對起重機結構進行分析,降低其重量,成為了當前的一個研究重點,但是常規(guī)起重機在分析及優(yōu)化過程中存在計算量大以及精度不高等問題。為了對起重機結構進行優(yōu)化,降低其重量,同時提高在CAE分析中的效率,論文以起重機主梁結構有限元分析為基礎,運用自適應稀疏網(wǎng)格模型技術對主梁進行了可靠性分析及結構優(yōu)化。主要研究內(nèi)容與成果如下:首先針對稀疏網(wǎng)格模型在處理高維工程問題時存在的效率問題,對稀疏網(wǎng)格進行自適應細化網(wǎng)格以及分層計算誤差處理,并通過多種模型的數(shù)值算例對比,表明自適應稀疏網(wǎng)格模型在處理多維模型時更具有高效性。其次對起重機主梁結構進行簡化,運用SolidWorks對其進行建模,再運用workbench對模型進行有限元分析,靜態(tài)分析得到小車滿載位于跨中位置時主梁結構的最大應力和最大變形,模態(tài)分析得到固有頻率和振型。通過現(xiàn)場實驗驗證了有限元分析的準確性。靜態(tài)分析以及模態(tài)分析的結果是可靠性分析以及優(yōu)化的基礎。然后針對起重機主梁結構在制造、材料特性以及所受載荷方面存在的不確定性,運用自適應稀疏網(wǎng)格模型對含有不確定性因素的模型進行建模,對擬合好的模型進行大量抽樣并做統(tǒng)計,得到最大變形量和最大應力值的概率分布情況,驗證初始模型可靠性是滿足要求的。最后將自適應稀疏網(wǎng)格模型與MOGA算法結合,對起重機主梁結構進行優(yōu)化。首先利用自適應稀疏網(wǎng)格模型完成主梁結構的建模,然后利用MOGA算法對模型進行采樣,并完成交叉、變異、迭代等操作,最后得到一組優(yōu)化的備選方案,通過對比備選方案中可靠性、質(zhì)量、應力和變形等指標選出最優(yōu)的方案,優(yōu)化后的結果使得主梁結構質(zhì)量減少了6.89%。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH215;TP391.9
【部分圖文】：

格模型的優(yōu)勢更加明顯。因此，論文結合有限元分析技術以及數(shù)值計算方法，運用自適應稀疏網(wǎng)格模型技術對起重機主梁結構進行建模并進行優(yōu)化研究。論文結構的整體框架如圖1-1所示。主要的研究內(nèi)容有以下幾方面：1) 概述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀并分析它們的優(yōu)劣性以及開展本文研究的意義；2) 分析稀疏網(wǎng)格模型的原理，闡明稀疏網(wǎng)格模型在運用時存在水平數(shù)不好控制的局限性，從而導致模型建立時采樣點多、建立時間長。針對稀疏網(wǎng)格模型的不足，對其進行自適應細化網(wǎng)格以及分層計算誤差處理，提高模型擬合效率的同時，保證模型的精度。將基于分層誤差計算的自適應稀疏網(wǎng)格模型與二次多項式模型、克里金模

1]( )0 [ 1,1]x xxx (2-1)基函數(shù)建立在帽函數(shù)的基礎之上，表達式如下：, , ,( ) ( ) [ , ]ll i l i l l i llx ihx x x h x hh (2-2)其中，l為水平數(shù)，i為空間位置。分層增量空間 ,:l l i lW span i I，其中 = ,1 2 1,llI i N i i odd對于全網(wǎng)格的響應函數(shù)空間為：l kk lV W ，而稀疏網(wǎng)格模型是從全網(wǎng)格中忽略對局部插值影響較小的子空間，其響應函數(shù)空間為：0,1Sn ll n dV W [31]。一維插值近似模型可以表示為：, ,1( ) ( ) ( )llk i k ik i If x u x x (2-3)

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 1, 1, 1, 2, 2, 2, , , ,1 1 1( ) ( ) ( )k m ni i i i i i p i p i p ii i if x x x x （2其中， 1,i為水平為 1 的基函數(shù)，αl,i為計算所得到的擬合系數(shù)，k 為初始采, 2,i為水平為 2 的基函數(shù)，α2,i為計算所得到的擬合系數(shù)，m 為水平為 2 細 p,i為水平為 p 的基函數(shù)，αp,i為計算所得到的擬合系數(shù)，n 為水平為 p 時細點數(shù)，xp,i為水平為 p 的采樣點。圖 2-2 為取值在[0,1]范圍內(nèi)的某一維度在水平為 4 以內(nèi)細化插值趨勢。

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 馬石磊;李方義;李劍峰;何洋;;基于稀疏網(wǎng)格的近似模型及其在輕量化設計中的應用[J];機械工程學報;2013年07期

相關博士學位論文 前1條

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1 趙艷梅;基于ANSYS Workbench的某車架有限元分析及輕量化研究[D];鄭州大學;2018年

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本文編號：2816633