本文關鍵詞：漸變箍緊力作用的起重機卷筒結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：卷筒作為起升機構(gòu)的重要承力部件,其性能穩(wěn)定可靠是起重機正常工作的必要保證。當前卷筒結(jié)構(gòu)計算方法仍然沿用受均勻外壓、且端部簡支的理想圓柱殼體模型,不能真實反映筒體承受鋼絲繩對其的漸變箍緊力作用的實際特征,導致用材與制造浪費。起重機制造企業(yè),為了適應不同起重量和工作級別,需設計具有類似結(jié)構(gòu)特征、不同尺寸規(guī)格且局部結(jié)構(gòu)略有差別的系列化卷筒。設計工程師對相似構(gòu)造的卷筒進行重復性的設計計算,耗費大量時間。為提高卷筒設計精度和效率,本文根據(jù)卷筒結(jié)構(gòu)及受力特征、利用面向?qū)ο蠹夹g,構(gòu)建系列化卷筒受力分析的快速設計系統(tǒng),有助于設計人員快速初選筒體結(jié)構(gòu)尺寸,通過利用本系統(tǒng)構(gòu)建的自學習網(wǎng)絡功能,對設計的卷筒結(jié)構(gòu)提供優(yōu)化方向和備選方案。為實現(xiàn)上述目標,本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,討論分析了卷筒承受鋼絲繩箍緊作用的局部與整體受力分布與平衡關系。根據(jù)卷筒的結(jié)構(gòu)特征、受力特征及卷筒與端部連接特點,建立了有限元分析力學模型。探討了卷筒應力變化及結(jié)構(gòu)變形隨筒體長度、直徑、壁厚,肋板布置位置等變化的定量關系,并將有限元分析結(jié)果和傳統(tǒng)設計公式計算結(jié)果進行了比較。進而對卷筒進行了特征值穩(wěn)定性分析,得到了筒體的特征值穩(wěn)定性系數(shù)及幾種可能發(fā)生的失穩(wěn)模式。通過增加漸變勒緊力,得出了考慮卷筒結(jié)構(gòu)位移隨加載變化的非線性特征下的臨界載荷值。并對卷筒模擬了考慮材料非線性特征的多線性材料隨動分析,模擬了卷筒的破壞形式。其次,采用相對差商法,對卷筒結(jié)構(gòu)進行了以降低卷筒重量為目標函數(shù)、以線性與非線性強度設計指標為約束條件的離散變量減重優(yōu)化。利用相對差商法確定搜索方向,并考慮了筒長與直徑的相關性,確定了每輪優(yōu)化的增量步組合方式,實現(xiàn)了卷筒結(jié)構(gòu)的減重優(yōu)化。在滿足結(jié)構(gòu)安全的同時,本文首次提出了焊接卷筒最優(yōu)的內(nèi)肋布置方案,大幅降低了卷筒質(zhì)量。最后,提出了面向?qū)ο蟮木硗步Y(jié)構(gòu)系列化類繼承快速設計方法,并采用三種不同結(jié)構(gòu)形式和受力特征的卷筒實例驗證了該設計方式的實用性。為了給設計人員提供快速初選合理卷筒結(jié)構(gòu)的方法,構(gòu)建了三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡,通過對網(wǎng)絡的訓練和測試,實現(xiàn)了卷筒結(jié)構(gòu)的高效設計。
【關鍵詞】：起重機大型焊接卷筒 受力分析 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 相對差商法 系列化 類繼承設計 神經(jīng)網(wǎng)絡
【學位授予單位】：太原科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH21
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 本研究的意義與必要性10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究成果歷程及研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 卷筒受力特征分析現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 卷筒強度與穩(wěn)定性的研究進展13-14
• 1.2.3 系列化快速設計方法的發(fā)展14
• 1.3 本論文的重點研究內(nèi)容14-16
• 第二章 起重機卷筒結(jié)構(gòu)受載特征16-20
• 2.1 鋼絲繩箍緊力模型16-18
• 2.1.1 鋼絲繩對筒體的漸變載荷作用特征17
• 2.1.2 鋼絲繩對卷筒的徑向力及切向力17-18
• 2.2 筒體宏觀受力分析18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第三章 卷筒強度有限元分析與比較20-41
• 3.1 卷筒幾何模型的結(jié)構(gòu)組成及材料屬性20-21
• 3.2 卷筒有限元力學性能分析建模21-27
• 3.2.1 有限元分析采用的板殼單元力學基礎21-23
• 3.2.2 引導網(wǎng)格劃分的建模方式23-24
• 3.2.3 筒體坐標系變換24-25
• 3.2.4 筒體離散化等效載荷施加25
• 3.2.5 端部邊界條件的處理方法25-27
• 3.3 具體算例27-36
• 3.3.1 基本模型分析27-28
• 3.3.2 徑向加強肋板對筒體結(jié)構(gòu)強度影響28-30
• 3.3.3 支撐端減重孔對筒體結(jié)構(gòu)強度影響30-32
• 3.3.4 卷筒受力狀態(tài)與筒體長度、直徑、厚度的關系32-35
• 3.3.5 卷筒受力狀態(tài)與鋼絲繩纏繞位置的關系35-36
• 3.4 卷筒幾何非線性分析36-38
• 3.5 有限元分析結(jié)果與傳統(tǒng)強度計算公式比較38-40
• 3.5.1 卷筒強度計算準則38-39
• 3.5.2 實例對比39-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第四章 卷筒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析41-49
• 4.1 卷筒特征值穩(wěn)定性分析41-44
• 4.2 卷筒非線性穩(wěn)定性分析44-46
• 4.3 考慮材料特性的卷筒非線性穩(wěn)定性分析46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-49
• 第五章 卷筒結(jié)構(gòu)離散變量優(yōu)化設計49-56
• 5.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法49-51
• 5.1.1 相對差商法離散變量優(yōu)化設計49-50
• 5.1.2 確定搜索方向50-51
• 5.2 卷筒離散變量優(yōu)化模型51-54
• 5.2.1 卷筒離散自變量51-52
• 5.2.2 目標函數(shù)及約束條件的構(gòu)建52-53
• 5.2.3 基于VC++的優(yōu)化程序流程53-54
• 5.3 實例分析54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第六章 起重機卷筒系列化類繼承設計方法56-61
• 6.1 卷筒結(jié)構(gòu)特征分類設計56-57
• 6.1.1 VC++軟件開發(fā)56
• 6.1.2 面向?qū)ο缶幊汤砟畹膽?/span>56-57
• 6.2 卷筒結(jié)構(gòu)的模塊化類繼承結(jié)構(gòu)規(guī)劃57-58
• 6.3 卷筒模塊化分類設計及建模分析實例58-60
• 6.4 本章小結(jié)60-61
• 第七章 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的焊接卷筒結(jié)構(gòu)設計方法61-70
• 7.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡設計方法61-64
• 7.1.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡基本思想61
• 7.1.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)步驟61-63
• 7.1.3 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定方法63-64
• 7.2 確定卷筒構(gòu)造的神經(jīng)網(wǎng)絡方法64-65
• 7.2.1 輸入與輸出參數(shù)的確定64-65
• 7.3 樣本數(shù)據(jù)處理及訓練結(jié)果分析65-69
• 7.4 本章小結(jié)69-70
• 第八章 結(jié)論與展望70-72
• 8.1 總結(jié)70-71
• 8.2 展望71-72
• 參考文獻72-76
• 致謝76-77
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄77-78

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本文編號：418217