本文關鍵詞：大型牙輪鉆機履帶架結構優(yōu)化設計研究

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【摘要】：履帶行走裝置不僅承載能力大、接地比壓小,而且對土壤有較強附著能力,被廣泛應用在工程機械領域。履帶架作為履帶行走裝置的關鍵部件,同時起著支承與連接作用,關系著整機的行走性能,而且其重量及制造成本所占比重較大,因此,有必要對履帶架結構進行優(yōu)化。目前對于履帶架的設計方法主要是以同類產(chǎn)品為藍本進行初步設計,再通過有限元法對結構性能進行校核,根據(jù)有限元計算結果對不滿足性能要求的地方進行改進直到滿足要求,按這種思路設計出來的履帶架其結構形式基本固定,設計過程需要不斷進行繁雜的重復性工作,而且未必能夠找到最優(yōu)的履帶架結構。本文結合拓撲優(yōu)化及尺寸優(yōu)化方法優(yōu)化履帶架結構。首先基于履帶架結構的性能要求找到履帶架設計域內(nèi)材料的最佳分布形式,獲得最優(yōu)的載荷傳遞路徑,并在此基礎上對拓撲優(yōu)化后的履帶架結構進行尺寸優(yōu)化,最大限度地提高材料利用率,在保證結構性能的前提下獲得更加合理、輕量化的履帶架結構。論文主要研究內(nèi)容如下:(1)介紹牙輪鉆機履帶行走裝置結構特點,在多體系統(tǒng)仿真軟件Recur Dyn中建立履帶行走裝置的虛擬樣機模型,并進行動力學仿真,分析履帶裝置的行走性能,基于動力學仿真結果,分析水平勻速直線行駛、單側制動轉向及爬坡三種典型工況下履帶架的受力情況,為后續(xù)履帶架結構優(yōu)化做準備。(2)針對牙輪鉆機履帶架的結構特點,確定拓撲優(yōu)化方案,在優(yōu)化軟件Opti Struct中建立履帶架拓撲優(yōu)化的有限元模型,以設計域的單元相對密度為設計變量,以總體應變能最小為目標,完成單工況下履帶架拓撲優(yōu)化。(3)基于單工況優(yōu)化參數(shù)的設置,求解履帶架多工況優(yōu)化模型,得到履帶架設計域的最優(yōu)材料分布形式,并基于拓撲優(yōu)化結果重新建立履帶架模型,為后續(xù)履帶架結構的尺寸優(yōu)化提供合理的初始條件。(4)以基于拓撲優(yōu)化結果建立的履帶架結構為研究對象,以履帶架關鍵部件板厚為設計變量,以履帶架體積最小化為目標進行尺寸優(yōu)化,綜合3種工況下的優(yōu)化結果確定板厚值。(5)基于拓撲優(yōu)化及尺寸優(yōu)化的最終結果,建立優(yōu)化后履帶架模型,并通過靜力學分析與模態(tài)分析來研究優(yōu)化前后履帶架結構的力學性能及動態(tài)特性。
【關鍵詞】：履帶架 動力學仿真 拓撲優(yōu)化方法 尺寸優(yōu)化 靜力學分析
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD421.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 牙輪鉆機簡要介紹9-10
• 1.2 結構優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 論文研究目的和意義12-13
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容13-15
• 第2章 基于動力學仿真的履帶架受力分析15-39
• 2.1 牙輪鉆機履帶行走裝置結構特點15-17
• 2.2 RecurDyn建立履帶行走裝置虛擬樣機17-22
• 2.3 典型工況下履帶裝置動力學仿真22-38
• 2.3.1 水平勻速直線行駛工況22-30
• 2.3.2 單側制動轉向工況30-34
• 2.3.3 爬坡工況34-38
• 2.4 本章小結38-39
• 第3章 多載荷工況下履帶架拓撲優(yōu)化39-53
• 3.1 拓撲優(yōu)化軟件HyperWorks介紹39-40
• 3.2 優(yōu)化方案的確定及優(yōu)化模型的建立40-44
• 3.2.1 履帶架拓撲優(yōu)化方案確定40-41
• 3.2.2 拓撲優(yōu)化模型的建立41-44
• 3.3 單一工況履帶架拓撲優(yōu)化44-48
• 3.3.1 水平勻速直線行駛工況履帶架優(yōu)化結果分析44-46
• 3.3.2 轉彎工況外側履帶架優(yōu)化結果分析46-47
• 3.3.3 爬坡工況履帶架優(yōu)化結果分析47-48
• 3.4 多工況下履帶架拓撲優(yōu)化48-52
• 3.4.1 多目標優(yōu)化方法48-49
• 3.4.2 多工況下履帶架拓撲優(yōu)化49-51
• 3.4.3 基于拓撲優(yōu)化結果重建履帶架模型51-52
• 3.5 本章小結52-53
• 第4章 基于拓撲優(yōu)化結果的履帶架尺寸優(yōu)化53-65
• 4.1 基于拓撲優(yōu)化結果的履帶架尺寸優(yōu)化53-57
• 4.1.1 尺寸優(yōu)化模型的建立53-55
• 4.1.2 尺寸優(yōu)化結果分析55-57
• 4.2 優(yōu)化前后履帶架結構的靜態(tài)、動態(tài)特性分析57-63
• 4.2.1 履帶架結構強度、剛度對比分析58-61
• 4.2.2 優(yōu)化后履帶架結構的模態(tài)分析61-63
• 4.3 本章小結63-65
• 第5章 結論與展望65-67
• 5.1 結論65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻67-71
• 作者簡介及科研經(jīng)歷71-72
• 致謝72

【參考文獻】

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本文編號：1052529