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

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【摘要】：機(jī)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(guó)制造2025”強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施,中國(guó)制造業(yè)邁入了全新的發(fā)展時(shí)期,同時(shí)對(duì)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(dòng)機(jī)(薄壁圓筒)自動(dòng)擰緊機(jī)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(yàn)設(shè)計(jì)為主,很難保證薄壁圓筒的穩(wěn)定最優(yōu)夾持。所以需要對(duì)薄壁圓筒的現(xiàn)有夾持位置進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)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(duì)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(gè)數(shù)的對(duì)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(dòng)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(duì)圓筒夾持過程的力學(xué)分析,可以快速合理的計(jì)算夾持系統(tǒng)所需的夾持力,并為以后夾具的設(shè)計(jì)改進(jìn)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(tái),創(chuàng)建了薄壁圓筒的有限元仿真分析模型;對(duì)薄壁圓筒在三爪以及多爪對(duì)稱夾持力作用下的變形規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)分析驗(yàn)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(gè)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(dāng)前的夾持布局,利用ANSYS的接觸分析能力分析了在實(shí)際夾持過程中薄壁圓筒在擰緊扭矩以及三爪對(duì)稱夾持力作用下的變形規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)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(duì)其在薄壁圓筒夾持變形優(yōu)化中的應(yīng)用方法進(jìn)行了詳細(xì)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(biāo),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(duì)薄壁圓筒的夾持位置進(jìn)行了優(yōu)化。然后對(duì)優(yōu)化前后的夾持布局的夾持變形效果進(jìn)行對(duì)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(shí)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述9-11
• 1.2.1 薄壁圓筒夾持的特點(diǎn)9
• 1.2.2 夾持力及變形量計(jì)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?jī)?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(diǎn)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(diǎn)徑向受力分析15-23
• 2.3.1 兩爪對(duì)稱夾持產(chǎn)生的彎矩16-18
• 2.3.2 三爪對(duì)稱夾持產(chǎn)生的彎矩18-19
• 2.3.3 四爪對(duì)稱夾持產(chǎn)生的彎矩19-20
• 2.3.4 多爪對(duì)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(diǎn)徑向受力變形仿真分析34-40
• 3.3.1 夾持點(diǎn)數(shù)量與夾持變形仿真分析34-36
• 3.3.2 三爪對(duì)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(shí)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(shí)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(xiàn)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(hào)：807310