本文關(guān)鍵詞：大噸位鐵路起重機(jī)梨形伸縮臂設(shè)計及其非線性問題研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：伸縮臂是鐵路起重機(jī)至關(guān)重要的組成部分,作業(yè)時載荷直接作用其上,因而對該部分的計算合理與否顯得尤為重要。梨形截面伸縮臂代表了當(dāng)前伸縮臂制造工藝的先進(jìn)水平,同時,符合伸縮臂大噸位、大起重力矩的發(fā)展趨勢,探究其設(shè)計計算方法、模擬其真實(shí)接觸情況下伸縮臂與滑塊上應(yīng)力分布都具有現(xiàn)實(shí)意義。本文從企業(yè)級用戶的角度出發(fā),發(fā)揮C#.NET界面友好、操作性強(qiáng)和MATLAB對復(fù)雜龐大數(shù)據(jù)計算能力強(qiáng)的特點(diǎn),開發(fā)出了伸縮臂的統(tǒng)籌設(shè)計計算軟件,該軟件能高效地進(jìn)行伸縮臂長度、危險工況篩選、危險工況下載荷計算和材料性能計算工作,操作非常簡單、效率高。根據(jù)該軟件的運(yùn)行結(jié)果,在具有強(qiáng)大的非線性分析功能的有限元軟件ABAQUS中建立梨形截面伸縮臂的實(shí)體模型,設(shè)置伸縮臂與滑塊間的接觸相互作用,為提高非線性模型收斂性,細(xì)化接觸區(qū)域網(wǎng)格,同時,采用參考點(diǎn)與周圍區(qū)域運(yùn)動耦合進(jìn)而設(shè)置參考點(diǎn)之間為鉸接連接的方法,來模擬伸縮油缸與伸縮臂的鉸接相互作用。為進(jìn)一步促進(jìn)接觸非線性收斂,分步施加外部載荷。經(jīng)過多次迭代計算,ABAQUS給出了梨形截面伸縮臂的接觸有限元分析結(jié)果。結(jié)果顯示：對于梨形截面伸縮臂：(1)下槽板底部與唇口滑塊前端接觸處應(yīng)力最大；(2)上槽板的傾斜板與尾部滑塊棱邊接觸處是易產(chǎn)生應(yīng)力集中的區(qū)域。對于滑塊：(1)在兩種工況下,二節(jié)臂唇口滑塊的應(yīng)力分布規(guī)律是不一致的。危險工況1時,二節(jié)臂唇口滑塊應(yīng)力呈現(xiàn)“前(+Z)小后(-Z)大”的分布規(guī)律：危險工況2時,該滑塊呈現(xiàn)相反的“前(+Z)大后(-Z)小”的應(yīng)力分布規(guī)律；(2)基本臂唇口滑塊的唇口端的尖角處、二節(jié)臂尾部滑塊的尾部圓弧過渡區(qū)的棱邊上是應(yīng)力集中的區(qū)域。該區(qū)域的應(yīng)力值突破了材料屈服極限,發(fā)生塑性變形,應(yīng)研究滑塊彈塑性接觸下的應(yīng)力分布規(guī)律。塑性問題是結(jié)構(gòu)力學(xué)三大非線性問題之一,分析該類問題的關(guān)鍵在于合理設(shè)置材料的彈塑性本構(gòu)模型。對于本文滑塊局部小應(yīng)變塑性問題,采用雙線性應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述滑塊材料的拉伸試驗應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)。采用各向同性強(qiáng)化法則描述材料進(jìn)入塑性后隨載荷變化的進(jìn)一步反應(yīng),經(jīng)過多次迭代計算,ABAQUS給出了滑塊彈塑性接觸下的滑塊應(yīng)力分布�；瑝K彈塑性接觸有限元分析結(jié)果顯示,塑性材料的強(qiáng)化作用大大降低了滑塊塑性變形區(qū)域的應(yīng)力,材料進(jìn)入塑性狀態(tài)后,應(yīng)力增加變得緩慢起來。然而,對比材料彈性有限元分析結(jié)果,滑塊塑性變形并未對伸縮臂應(yīng)力分布造成過多影響,這一影響在一定條件下甚至是可以忽略的。同時,塑性區(qū)域分布顯示：塑性變形區(qū)域較小,說明滑塊依然可以正常工作,大大提高了材料的利用率。為使優(yōu)化結(jié)果更具實(shí)用價值,本文模擬伸縮臂的真實(shí)工作情況,同時考慮滑塊接觸非線性和材料非線性對梨形截面伸縮臂進(jìn)行輕量化設(shè)計。本文利用正交實(shí)驗表選出的樣本(設(shè)計變量的組合),具有“均勻分散、齊整可比性”的優(yōu)點(diǎn),該方法在最大限度地節(jié)約計算成本的同時也保證了結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超強(qiáng)的非線性擬合能力和通過ABAQUS補(bǔ)充后的樣本,經(jīng)過39次學(xué)習(xí),LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就達(dá)到了訓(xùn)練精度。使用GA方法在LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建出的非線性關(guān)系中尋優(yōu)。為便于制造,對優(yōu)化得到的設(shè)計變量(伸縮臂板厚組合)進(jìn)行了圓整。將圓整結(jié)果輸入ABAQUS軟件后的驗證結(jié)果顯示：基于LM-BP網(wǎng)絡(luò)和GA的梨形截面伸縮臂優(yōu)化方法是成功的。
【關(guān)鍵詞】：鐵路起重機(jī) 梨形截面 伸縮臂 接觸非線性 彈塑性 LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH218
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 課題研究背景及意義13-17
• 1.1.1 中國鐵路運(yùn)輸發(fā)展概況13-14
• 1.1.2 鐵路救援起重機(jī)發(fā)展概述14-16
• 1.1.3 伸縮臂研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2 伸縮臂的截面型式17-18
• 1.3 伸縮臂中存在的非線性問題18-19
• 1.3.1 接觸非線性問題18-19
• 1.3.2 材料非線性問題19
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 梨形截面伸縮臂方案設(shè)計及相關(guān)計算21-38
• 2.1 梨形截面尺寸設(shè)計21-22
• 2.2 伸縮臂長度設(shè)計22-24
• 2.3 伸縮臂計算工況的確定24-25
• 2.4 伸縮臂載荷計算25-27
• 2.4.1 危險工況1下載荷計算26-27
• 2.4.2 危險工況2下載荷計算27
• 2.5 材料選用與計算27-29
• 2.5.1 伸縮臂材料選用與計算27-28
• 2.5.2 滑塊材料選用與計算28-29
• 2.6 基于C#.NET與MATLABe笊靱.臂統(tǒng)籌設(shè)計計算軟件29-37
• 2.6.1 C#.NET 與 MATLAB 的特點(diǎn)29
• 2.6.2 伸縮臂統(tǒng)籌設(shè)計計算軟件開發(fā)29-37
• 2.7 本章小結(jié)37-38
• 第3章 基于ABAQUS的梨形截面伸縮臂滑塊接觸分析38-55
• 3.1 接觸問題的有限元方法概述38-41
• 3.1.1 非線性問題的數(shù)值求解方法38-39
• 3.1.2 接觸面的邊界條件39-41
• 3.1.3 接觸問題的罰函數(shù)法41
• 3.2 基于ABAQUS的梨形截面伸縮臂接觸分析41-46
• 3.2.1 梨形截面伸縮臂實(shí)體建模與材料屬性定義42-43
• 3.2.2 接觸相互作用及約束施加43-44
• 3.2.3 伸縮臂網(wǎng)格劃分與載荷分步施加44-46
• 3.3 有限元分析結(jié)果46-54
• 3.3.1 伸縮臂有限元分析結(jié)果46-52
• 3.3.2 伸縮油缸推力時間歷程52
• 3.3.3 滑塊有限元分析結(jié)果52-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第4章 梨形截面伸縮臂彈塑性接觸有限元分析55-74
• 4.1 塑性力學(xué)問題的求解方法55-63
• 4.1.1 滑塊材料的基本假設(shè)55
• 4.1.2 偏應(yīng)力張量、球應(yīng)力張量和偏應(yīng)變張量55-57
• 4.1.3 Mises屈服準(zhǔn)則與加載面57-61
• 4.1.4 增量應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系61
• 4.1.5 彈塑性模型61-63
• 4.2 ABAQUS求解彈塑性問題方法概述63
• 4.3 滑塊材料的彈塑性模型及其單元選取63-64
• 4.3.1 滑塊材料的彈塑性模型63-64
• 4.3.2 在彈塑性接觸分析時滑塊的單元選取64
• 4.4 基于ABAQUS的梨形截面伸縮臂彈塑性接觸有限元分析64-72
• 4.4.1 滑塊彈塑性接觸有限元分析結(jié)果64-69
• 4.4.2 滑塊塑性區(qū)域分布69-70
• 4.4.3 滑塊彈塑性變形結(jié)果70
• 4.4.4 梨形截面伸縮臂彈塑性接觸有限元分析結(jié)果70-72
• 4.5 本章小結(jié)72-74
• 第5章 考慮滑塊彈塑性接觸的梨形截面伸縮臂優(yōu)化設(shè)計74-84
• 5.1 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型建立74-75
• 5.2 優(yōu)化方法設(shè)計75-78
• 5.2.1 正交實(shí)驗設(shè)計75-77
• 5.2.2 LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計77-78
• 5.2.3 GA(遺傳算法)設(shè)計78
• 5.3 基于LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的梨形截面伸縮臂優(yōu)化設(shè)計78-79
• 5.4 最優(yōu)個體圓整及其伸縮臂有限元分析79-83
• 5.4.1 伸縮臂強(qiáng)度校核80-81
• 5.4.2 滑塊強(qiáng)度校核81-82
• 5.4.3 伸縮臂剛度校核82-83
• 5.5 本章小結(jié)83-84
• 結(jié)論84-86
• 致謝86-87
• 參考文獻(xiàn)87-90
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研成果90

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  本文關(guān)鍵詞：大噸位鐵路起重機(jī)梨形伸縮臂設(shè)計及其非線性問題研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：296529