在現(xiàn)代機械裝備的設(shè)計中,通常采用有限單元法對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和靜動力學(xué)分析。本文針對兩個橫向課題工程實例的需求,即上肢康復(fù)機械臂的輕量化設(shè)計與大型倉儲貨架靜動載荷作用的力學(xué)性能分析,針對結(jié)構(gòu)模型的簡化、單元類型的選擇、約束形式的施加及等效載荷的作用等關(guān)鍵問題,進行了較為深入的分析與研究,并結(jié)合材料力學(xué)解析解的驗證,得出了合理的計算分析結(jié)果。本文針對機械臂輕量化要求的具體分析,選擇了拓撲優(yōu)化分析方法,首先計算出結(jié)構(gòu)質(zhì)量最基本的空間分布,然后基于機械臂的工藝需求確定其具體的結(jié)構(gòu)形式,在滿足靜動態(tài)強度和剛度的前提下,有效地減小了機械臂的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量,達到了輕量化設(shè)計的目的。本文所要分析的大型倉儲貨架的規(guī)模為2排×18列×7層,所形成的計算單元節(jié)點數(shù)達到6899076,其計算規(guī)模超出了實驗室現(xiàn)有的計算能力,故本文充分利用了對稱結(jié)構(gòu)原理,對貨架模型進行了合理簡化,滿足了現(xiàn)有算力的要求。針對倉儲貨架某一立柱突然斷裂的動力學(xué)分析要求,本文通過對相關(guān)單元特性的分析研究,對突然斷裂的立柱選擇了生死單元法建立模型,其他立柱模型仍保持不變,有效地仿真了桿件的斷裂,計算結(jié)果達到了課題需求方的要求。針對地震對倉儲... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

倉儲貨架實物模型

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文6通過對上肢康復(fù)機械臂進行有限元分析和拓撲優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)對上肢康復(fù)機械臂的輕量化設(shè)計，減小上肢康復(fù)機械臂的整體質(zhì)量，改善上肢康復(fù)機械臂的力學(xué)性能，使其重心向轉(zhuǎn)軸部分靠近，減小轉(zhuǎn)動慣量，提高上肢康復(fù)機械臂的工作性能。1.3.2倉儲貨架的靜動載分析倉儲貨架的靜動載分析是與青島德盛利智能裝備股份有限公司的合作項目，要求對一種2排×18列×7層的立體庫進行有限元分析，倉儲貨架的每個貨位可以盛放3噸的貨物，倉儲貨架的結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。圖1.2倉儲貨架實物模型將SolidWorks文件改為stp格式文件導(dǎo)入到HyperMesh中，在HypeMesh中建立倉儲貨架的有限元模型，就以下三種情況在ANSYS中對倉儲貨架進行靜力學(xué)分析：分析當倉儲貨架在滿載僅受重力影響時整個倉儲貨架的變形情況；進行瞬態(tài)動力學(xué)分析，分析當倉儲貨架的某根立柱發(fā)生斷裂時，整個倉儲貨架的變形；進行地震反應(yīng)譜分析，分析倉儲貨架在抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.1g時的抗震情況。

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文9表示在該單元處的結(jié)構(gòu)材料比較重要，保留此區(qū)域的材料，單元密度為0的表示該單元處的結(jié)構(gòu)材料不重要，可以刪掉，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計。2.1.4高級單元技術(shù)單元技術(shù)是有限元分析的核心技術(shù)，單元類型的正確選用決定了有限元分析結(jié)果的準確度。ANSYS中有廣泛的單元類型可供選擇，根據(jù)有限元分析的需要選取合適的單元類型，本文不將各種單元類型一一列舉，只針對所選用的單元進行簡單介紹，本文有限元模型中用到的單元類型有：SHELL181單元、MASS單元、BEAM188單元、SOLID185單元、CREIG剛性區(qū)域、CONTA173單元、TARGE170單元。SHELL181單元：SHELL181單元為4節(jié)點的四邊形單元，可以用于分析薄到中厚的板殼類結(jié)構(gòu)，SHELL181單元的每個節(jié)點有X、Y、Z三個方向平動自由度共和X、Y、Z三個方向的轉(zhuǎn)動自由度。SHELL181提供了幾種單元選項elementtypekeyopts，其中最重要的單元選項是設(shè)置單元積分選項keyopt（3）。ANSYS默認選項為keyopt（3）等于0，帶沙漏控制的縮減積分，keyopt（3）等于2為完全積分，使用完全積分法時，限制條件少，網(wǎng)格精度高，所以SHELL181單元通常設(shè)置keyopt（3）等于2。MASS單元：MASS單元為質(zhì)量單元，每個節(jié)點具有6個自由度，MASS單元不需要專門設(shè)置類型選項，采用默認設(shè)置keyopt（2）等于0，即初始單元坐標系和笛卡爾坐標系平行。BEAM188單元：BEAM188單元是梁單元，適用于分析細長到中等細長的梁結(jié)構(gòu)，BEAM188單元只有兩個節(jié)點I、J，每個節(jié)點具有6個自由度，其中K為方向節(jié)點，I節(jié)點到J節(jié)點方向為X方向，K定義梁單元的Y方向[47]，Z方向滿足右手定則，如圖2.1所示。圖2.1BEAM188單元幾何構(gòu)型

【參考文獻】：
期刊論文
[1]上肢康復(fù)機器人機構(gòu)設(shè)計與分析[J]. 白穎,蔣慶斌,莫莉萍,孫超.  海南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(04)
[2]康復(fù)機器人在腦卒中偏癱康復(fù)中的應(yīng)用研究進展[J]. 龐晨晨,李瑞玲,馮英璞.  護理研究. 2019(21)
[3]機械工程的可靠性優(yōu)化設(shè)計分析[J]. 柏洪武.  河北農(nóng)機. 2019(10)
[4]上肢康復(fù)機器人輔助治療在腦卒中偏癱患者上肢功能康復(fù)中的應(yīng)用[J]. 楊等,劉文輝,王叢笑,汪杰,郄淑燕,彭彥平,王瑩.  神經(jīng)損傷與功能重建. 2019(09)
[5]機械制造工藝優(yōu)化背景下機械設(shè)計策略選擇[J]. 曹偉.  科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新. 2019(27)
[6]機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用與趨勢研究[J]. 張榮寶.  設(shè)備管理與維修. 2019(18)
[7]有限元軟件在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革中的應(yīng)用分析[J]. 杜帥.  居舍. 2019(06)
[8]有限元軟件在船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 李丹,呂婧.  船舶職業(yè)教育. 2018(05)
[9]機械工程可靠性的優(yōu)化設(shè)計闡述[J]. 楊堂志.  科技與創(chuàng)新. 2018(13)
[10]中央驅(qū)動式多自由度上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人研究[J]. 黃小海,喻洪流,王金超,董祺,張林靈,孟巧玲,李素姣,王多琎.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2018(03)

博士論文
[1]大跨度T構(gòu)—系桿拱組合體系橋靜力及抗震性能研究[D]. 王德慧.大連理工大學(xué) 2018
[2]自動化倉儲系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用前景分析[D]. 郝晶晶.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[3]有限單元法在骨科生物力學(xué)中的應(yīng)用[D]. 張美超.第一軍醫(yī)大學(xué) 2002

碩士論文
[1]鋼混組合梁橋力學(xué)性能與地震反應(yīng)分析[D]. 劉若毅.鄭州大學(xué) 2019
[2]某剛構(gòu)—單肋系桿拱組合橋地震反應(yīng)分析[D]. 謝燕生.華南理工大學(xué) 2018
[3]冷彎薄壁型鋼貨架結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)修正系數(shù)研究[D]. 楊濤.東南大學(xué) 2017
[4]重載異構(gòu)立體庫貨架強度分析研究[D]. 陳金.機械科學(xué)研究總院 2015
[5]某底架靜動態(tài)特性及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D]. 劉俊松.武漢理工大學(xué) 2015
[6]大型倉儲貨架敏捷設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[D]. 張鵬舉.東華大學(xué) 2013
[7]大型倉儲貨架半剛性結(jié)構(gòu)性能測試與優(yōu)化[D]. 張洪濤.東華大學(xué) 2013
[8]現(xiàn)代紅木椅凳類家具力學(xué)結(jié)構(gòu)分析[D]. 張立.北京林業(yè)大學(xué) 2010
[9]半鋼子午線輪胎的有限元模擬分析[D]. 王堅毅.青島科技大學(xué) 2006



本文編號：3498373