發(fā)布時間：2017-09-07 04:07

  本文關(guān)鍵詞：基于粒子群算法和有限元方法的薄壁圓筒夾持優(yōu)化研究

  更多相關(guān)文章： 薄壁圓筒 有限元方法 粒子群算法 夾持優(yōu)化

【摘要】：機械產(chǎn)品制造的最后階段通常是裝配,裝配質(zhì)量的好壞決定了產(chǎn)品的最終質(zhì)量的好壞。隨著“中國制造2025”強國戰(zhàn)略的實施,中國制造業(yè)邁入了全新的發(fā)展時期,同時對產(chǎn)品的裝配質(zhì)量有了更高的要求。本文以某固體火箭發(fā)動機(薄壁圓筒)自動擰緊機的夾持系統(tǒng)為背景,研究薄壁圓筒裝配過程中的夾持變形優(yōu)化問題。薄壁圓筒的剛性較差,原有夾持方案的夾持位置與夾持力的施加主要以經(jīng)驗設(shè)計為主,很難保證薄壁圓筒的穩(wěn)定最優(yōu)夾持。所以需要對薄壁圓筒的現(xiàn)有夾持位置進行優(yōu)化,實現(xiàn)夾持變形最小化,提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。本文從薄壁圓筒的夾持工藝著手,考慮不同夾持卡爪數(shù)對圓筒夾持變形的影響,從內(nèi)力分析的角度,推導(dǎo)出了不同個數(shù)的對稱夾持力作用下的圓筒截面彎矩公式;以目前系統(tǒng)所采用的三爪夾持方案為例,分析圓筒在擰緊扭矩作用下不發(fā)生轉(zhuǎn)動所需的最小夾持力以及圓筒所能承受的最大夾持力,并推導(dǎo)了圓筒夾持力與徑向變形之間的關(guān)系。通過對圓筒夾持過程的力學(xué)分析,可以快速合理的計算夾持系統(tǒng)所需的夾持力,并為以后夾具的設(shè)計改進提供了依據(jù)。在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,論文基于ANSYS有限元仿真平臺,創(chuàng)建了薄壁圓筒的有限元仿真分析模型;對薄壁圓筒在三爪以及多爪對稱夾持力作用下的變形規(guī)律進行了詳細分析驗證,仿真結(jié)果與力學(xué)分析結(jié)果一致,說明增加夾持卡爪的個數(shù)有助于減小薄壁圓筒的夾持變形;根據(jù)薄壁圓筒的當前的夾持布局,利用ANSYS的接觸分析能力分析了在實際夾持過程中薄壁圓筒在擰緊扭矩以及三爪對稱夾持力作用下的變形規(guī)律進行了詳細分析,為夾持位置的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。結(jié)合粒子群算法的基本原理,論文對其在薄壁圓筒夾持變形優(yōu)化中的應(yīng)用方法進行了詳細介紹;分析MATLAB與ANSYS的數(shù)據(jù)通信方法,建立了基于ANSYS和MATLAB的聯(lián)合仿真夾持優(yōu)化系統(tǒng);以最小化薄壁圓筒夾持變形為目標,建立了薄壁圓筒夾持優(yōu)化模型,并基于粒子群算法和有限元方法對薄壁圓筒的夾持位置進行了優(yōu)化。然后對優(yōu)化前后的夾持布局的夾持變形效果進行對比,仿真結(jié)果表明,通過粒子群優(yōu)化之后的夾持布局能夠有效改善薄壁圓筒的夾持變形,實現(xiàn)更優(yōu)的夾持效果。
【關(guān)鍵詞】：薄壁圓筒 有限元方法 粒子群算法 夾持優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V463;TP18
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-13
• 1.1 本文研究背景8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述9-11
• 1.2.1 薄壁圓筒夾持的特點9
• 1.2.2 夾持力及變形量計算研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.3 夾持優(yōu)化算法研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 主要研究內(nèi)容11-12
• 1.4 論文章節(jié)安排12-13
• 2 薄壁圓筒夾持過程力學(xué)分析13-29
• 2.1 薄壁圓筒夾持工藝分析13-14
• 2.2 夾具的定位原理14-15
• 2.2.1 六點定位原理14-15
• 2.2.2 工件定位中的約束分析15
• 2.3 薄壁圓筒夾持點徑向受力分析15-23
• 2.3.1 兩爪對稱夾持產(chǎn)生的彎矩16-18
• 2.3.2 三爪對稱夾持產(chǎn)生的彎矩18-19
• 2.3.3 四爪對稱夾持產(chǎn)生的彎矩19-20
• 2.3.4 多爪對稱夾持產(chǎn)生的彎矩20-23
• 2.4 薄壁圓筒臨界夾持力分析23-25
• 2.4.1 圓筒所需的最小夾持力23-24
• 2.4.2 圓筒所能承受的最大夾持力24-25
• 2.5 夾持方式的選擇25-26
• 2.6 薄壁圓筒夾持力與徑向變形之間的關(guān)系26-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 3 薄壁圓筒夾持變形的有限元仿真分析29-45
• 3.1 有限元分析方法概述29-31
• 3.1.1 接觸非線性有限元分析理論30
• 3.1.2 接觸約束算法30-31
• 3.2 基于ANSYS的裝夾變形有限元仿真過程31-34
• 3.2.1 基于ANSYS的有限元仿真步驟32-34
• 3.2.2 ANSYS的接觸分析能力34
• 3.3 薄壁圓筒夾持點徑向受力變形仿真分析34-40
• 3.3.1 夾持點數(shù)量與夾持變形仿真分析34-36
• 3.3.2 三爪對稱夾持力與徑向變形夾持變形仿真分析36-40
• 3.4 薄壁圓筒夾持接觸過程仿真分析40-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 4 基于粒子群算法和有限元的薄壁圓筒夾持變形優(yōu)化45-55
• 4.1 粒子群算法概述45-48
• 4.1.1 粒子群算法的基本原理45-46
• 4.1.2 粒子群算法的基本實施步驟46-47
• 4.1.3 粒子群算法的效率提高47-48
• 4.2 夾持優(yōu)化模型的建立48-49
• 4.3 基于ANSYS和MATLAB的夾持變形優(yōu)化系統(tǒng)49-50
• 4.4 基于有限元方法和粒子群算法的裝夾優(yōu)化實現(xiàn)過程50-52
• 4.5 裝夾優(yōu)化結(jié)果分析52-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 5 總結(jié)與展望55-57
• 5.1 總結(jié)55
• 5.2 展望55-57
• 致謝57-58
• 參考文獻58-61
• 附錄61
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利目錄61
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄61

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本文編號：807309