本文關(guān)鍵詞：類橢圓截面伸縮臂接觸非線性探析及結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 伸縮臂 滑塊 接觸非線性 輕量化 響應(yīng)面 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法 油缸

【摘要】：當(dāng)前,鐵路起重機(jī)已經(jīng)成為保證鐵路暢通不可或缺的重要裝備,作為鐵路起重機(jī)的主要承載構(gòu)件,伸縮臂的設(shè)計(jì)合理與否,直接影響起重機(jī)的承載能力、整機(jī)實(shí)用性和安全可靠性。 本文以1700t·m大噸位雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機(jī)為研究對象,探析了伸縮臂與滑塊三維摩擦接觸非線性機(jī)理,并對伸縮臂結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下： (1)基于ANSYS Workbench協(xié)同仿真平臺(tái),完成了一種新型非對稱類橢圓截面伸縮臂的參數(shù)化建模、有限元分析和基于響應(yīng)面法的MOGAi(多目標(biāo)遺傳算法)的輕量化設(shè)計(jì)。分析了常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)方法、響應(yīng)面的構(gòu)建以及基于響應(yīng)面法的優(yōu)化算法,并深入研究了各輸入與輸出參數(shù)的相關(guān)性。研究表明：各節(jié)臂翼緣板厚對其應(yīng)力影響很大,腹板高度和間距對伸縮臂整體應(yīng)力影響最大。優(yōu)化后的伸縮臂自重降低了21.09%,輕量化設(shè)計(jì)頗有成效,為今后大型工程機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的思路。 (2)面對高度非線性的一種新型對稱類橢圓截面伸縮臂優(yōu)化模型,利用正交試驗(yàn)法獲取樣本,研究了基于7種不同訓(xùn)練算法下的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對擬合效果的影響。與啟發(fā)式算法相比,采用數(shù)值優(yōu)化算法能獲得更快的收斂速度和更高的網(wǎng)絡(luò)精度,其中,Levenberg-Marquardt算法的優(yōu)勢更加突出。最后選取罰函數(shù)法處理約束條件以實(shí)現(xiàn)全局搜索,利用LM-BP網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法對伸縮臂進(jìn)行尋優(yōu),伸縮臂自重降低了17.92%,大大提高了設(shè)計(jì)時(shí)效性,為解決工程實(shí)際中高度復(fù)雜的非線性優(yōu)化問題提供了參考。 (3)指出了伸縮臂局部應(yīng)力的傳統(tǒng)解法之不足,概述了求解接觸問題的數(shù)值方法。創(chuàng)造性地提出考慮伸縮油缸的支撐作用,并正確定義了油缸與伸縮臂之間的約束關(guān)系。借助專業(yè)非線性分析軟件ABAQUS,成功建立了伸縮臂與滑塊三維摩擦接觸模型,真實(shí)地反映伸縮臂實(shí)際工作狀態(tài)；探明了伸縮臂與滑塊接觸區(qū)域附近的應(yīng)力響應(yīng)情況。研究表明：伸縮油缸承受了大部分的軸向力,且存在較大轉(zhuǎn)動(dòng)；本文中滑塊與伸縮臂典型接觸區(qū)域相對摩擦滑動(dòng)約10mm,釋放接觸面上的節(jié)點(diǎn)自由度更加符合實(shí)際。 (4)對比分析了不同截面形式下伸縮臂與滑塊接觸處應(yīng)力響應(yīng)情況。研究發(fā)現(xiàn)：復(fù)雜的邊界條件使伸縮臂與滑塊接觸處應(yīng)力分布極度不均；在滑塊邊線或者尖角附近,應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重,容易產(chǎn)生摩擦磨損,在滑塊棱角處制造圓角可以提高其使用壽命,合適的滑塊寬度有利于增強(qiáng)滑塊承載能力,而增加滑塊長度很難降低局部應(yīng)力；與多邊形截面伸縮臂相比,類橢圓截面伸縮臂滑塊處應(yīng)力分布更加均勻,有利于改善接觸區(qū)域受力環(huán)境,提高伸縮臂的局部穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：伸縮臂 滑塊 接觸非線性 輕量化 響應(yīng)面 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法 油缸
【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】：2013
【分類號】：TH218
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 選題背景及工程意義12
• 1.2 有限元技術(shù)的發(fā)展12-13
• 1.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)13-15
• 1.3.1 傳統(tǒng)優(yōu)化方法13-14
• 1.3.2 響應(yīng)面法14
• 1.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)14
• 1.3.4 遺傳算法14-15
• 1.3.5 伸縮臂優(yōu)化研究現(xiàn)狀15
• 1.4 接觸非線性問題15-18
• 1.4.1 非線性問題15-16
• 1.4.2 接觸問題的研究及進(jìn)展16-17
• 1.4.3 滑塊接觸問題研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 論文研究的主要內(nèi)容18-19
• 第2章 基于ANSYS Workbench的伸縮臂輕量化設(shè)計(jì)19-42
• 2.1 ANSYS Workbench簡介19-20
• 2.2 非對稱類橢圓截面20-21
• 2.3 參數(shù)化幾何模型21-23
• 2.4 伸縮臂靜力學(xué)分析23-30
• 2.4.1 材料選擇24
• 2.4.2 網(wǎng)格劃分24-27
• 2.4.3 邊界條件27
• 2.4.4 載荷計(jì)算27-29
• 2.4.5 結(jié)果求解及后處理29-30
• 2.5 輕量化設(shè)計(jì)30-41
• 2.5.1 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型30-31
• 2.5.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)31-33
• 2.5.3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)33-36
• 2.5.4 參數(shù)相關(guān)性36-38
• 2.5.5 優(yōu)化處理38-39
• 2.5.6 結(jié)果分析39-41
• 2.6 本章小結(jié)41-42
• 第3章 基于LM-BP網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的伸縮臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化42-70
• 3.1 伸縮臂有限元模型42-43
• 3.1.1 對稱類橢圓截面42-43
• 3.1.2 有限元分析43
• 3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論43-49
• 3.2.1 BP學(xué)習(xí)算法43-49
• 3.2.2 BP算法的不足與改進(jìn)49
• 3.3 樣本采集49-53
• 3.3.1 正交試驗(yàn)法49-50
• 3.3.2 正交表設(shè)計(jì)50-52
• 3.3.3 樣本歸一化52-53
• 3.4 基于MATLAB的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)53-62
• 3.4.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53-54
• 3.4.2 標(biāo)準(zhǔn)BP算法54-55
• 3.4.3 附加動(dòng)量法55-56
• 3.4.4 自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率法56
• 3.4.5 RPROP法56-57
• 3.4.6 共軛梯度法57-58
• 3.4.7 牛頓法與擬牛頓法58-59
• 3.4.8 Levenberg-Marquardt法59-61
• 3.4.9 網(wǎng)絡(luò)測試61-62
• 3.5 遺傳算法的實(shí)現(xiàn)62-66
• 3.5.1 參數(shù)編碼與解碼62-63
• 3.5.2 種群規(guī)模及初始化63
• 3.5.3 適應(yīng)度函數(shù)設(shè)計(jì)63-64
• 3.5.4 選擇操作64
• 3.5.5 交叉操作64-65
• 3.5.6 變異操作65
• 3.5.7 停止準(zhǔn)則65-66
• 3.6 基于LM-BP網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法伸縮臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化66-69
• 3.6.1 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型66
• 3.6.2 約束條件處理66-68
• 3.6.3 優(yōu)化結(jié)果分析68-69
• 3.7 本章小結(jié)69-70
• 第4章 類橢圓截面伸縮臂與滑塊三維摩擦接觸機(jī)理探析70-88
• 4.1 伸縮臂滑塊處局部應(yīng)力傳統(tǒng)解法70-72
• 4.2 三維摩擦接觸問題的數(shù)值解法72-76
• 4.2.1 直接迭代法73-74
• 4.2.2 數(shù)學(xué)規(guī)劃法74
• 4.2.3 接觸約束法74-76
• 4.3 利用ABAQUS求解非線性問題76-78
• 4.3.1 載荷增量法與弧長法76-77
• 4.3.2 平衡迭代77
• 4.3.3 收斂性77-78
• 4.4 類橢圓截面伸縮臂與滑塊接觸非線性問題關(guān)鍵技術(shù)研究78-83
• 4.4.1 幾何模型的建立及材料選擇79-80
• 4.4.2 分析步定義及接觸作用設(shè)置80
• 4.4.3 網(wǎng)格劃分及載荷和約束施加80-82
• 4.4.4 接觸非線性求解82-83
• 4.5 結(jié)果分析83-86
• 4.6 本章小結(jié)86-88
• 第5章 不同截面伸縮臂與滑塊接觸非線性對比研究88-101
• 5.1 多邊形截面伸縮臂與滑塊接觸非線性研究88-89
• 5.1.1 研究對象88
• 5.1.2 三維摩擦接觸有限元模型88-89
• 5.1.3 考慮接觸非線性的伸縮臂強(qiáng)度剛度校核89
• 5.2 結(jié)果分析89-100
• 5.2.1 截面形式對伸縮臂整體應(yīng)力的影響89-93
• 5.2.2 截面形式對滑塊應(yīng)力分布的影響93-98
• 5.2.3 截面形式對伸縮臂局部應(yīng)力分布的影響98-100
• 5.3 本章小結(jié)100-101
• 結(jié)論101-103
• 致謝103-104
• 參考文獻(xiàn)104-108
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研成果108-109

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：676555