本文關(guān)鍵詞：輕型、小型吊艙結(jié)構(gòu)技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著吊艙應(yīng)用的不斷深入,吊艙平臺(tái)的性能也在不斷的提高。從結(jié)構(gòu)上來(lái)講,輕型化小型化是吊艙發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì),因此對(duì)吊艙結(jié)構(gòu)這方面的研究是十分必要的。眾所周知,吊艙工作在振動(dòng)、迎風(fēng)的復(fù)雜環(huán)境中,對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、動(dòng)態(tài)性能的要求是苛刻的。因此如何在保證吊艙動(dòng)、靜力學(xué)特性的情況下,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕小型成為難題。本文針對(duì)此難題,提供了對(duì)吊艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行小型、輕型化設(shè)計(jì)的方法。首先介紹了吊艙輕小型研究的相關(guān)背景,闡述了本文的目的及意義、國(guó)內(nèi)外吊艙的研究現(xiàn)狀以及目前的輕量化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r。然后,分析了目前吊艙平臺(tái)的主要框架形式,并選擇二軸二框架結(jié)構(gòu)作為小型化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式;分析了吊艙的一般氣動(dòng)外形,并選擇柱狀外形;分析了吊艙結(jié)構(gòu)的布局和主要構(gòu)成,建立了吊艙的三維模型;分析了吊艙的工況,計(jì)算了吊艙在特定條件下的受力情況;建立了吊艙的有限元模型,得到了靜力學(xué)、模態(tài)分析結(jié)果,提出了吊艙主框架、蒙皮結(jié)構(gòu)作為輕量化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)并對(duì)二者進(jìn)行了靜力和模態(tài)分析。研究了能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法;通過(guò)介紹剛度優(yōu)化函數(shù)、頻率優(yōu)化函數(shù),建立了多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化函數(shù),并對(duì)三個(gè)函數(shù)各自的主框架拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果進(jìn)行了分析對(duì)比,表明了多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化的有效性;基于主框架的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果,建立了新的三維主框架模型,質(zhì)量從6Kg下降到4.94Kg,驗(yàn)證了基于拓?fù)鋬?yōu)化的輕量化設(shè)計(jì)的可行性和多目標(biāo)函數(shù)的正確性;基于多工況剛度拓?fù)鋬?yōu)化函數(shù),對(duì)蒙皮進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化,在保證其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的同時(shí),使其質(zhì)量從1.8Kg下降到0.88Kg,輕量化率達(dá)到51.38%;最后借助3D打印技術(shù),以尼龍作為材料,成功打印了蒙皮結(jié)構(gòu),使質(zhì)量從1.81Kg下降到0.38Kg,輕量化率達(dá)到79%,并成功運(yùn)用到某吊艙平臺(tái)。接著介紹了復(fù)合材料的主要構(gòu)成,并選擇了T700碳纖維單向布作為設(shè)計(jì)材料;研究復(fù)合材料的力學(xué)理論,并通過(guò)理論分析,得到鋪層設(shè)計(jì)的建模方式;基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化的分析結(jié)果,對(duì)主框架模型抽殼,建立了基于鋪層設(shè)計(jì)的碳纖維有限元模型;并對(duì)主框架模型進(jìn)行靜力模態(tài)分析,結(jié)果表明此結(jié)構(gòu)初步符合設(shè)計(jì)要求。研究了復(fù)合材料優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般方法;通過(guò)尺寸優(yōu)化、自由尺寸優(yōu)化、鋪層次序優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了主框架結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì);最終主框架在滿足剛度和諧振特性的情況下,質(zhì)量從最初的6Kg下降到3.735Kg,輕量化率達(dá)37.35%,達(dá)到了輕量化設(shè)計(jì)的目的。
【關(guān)鍵詞】：輕型小型 主框架 多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化 碳纖維 復(fù)合材料優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V223
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-18
• 1.1 課題研究的相關(guān)背景11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外吊艙研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 輕量化技術(shù)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容及安排16-18
• 2 吊艙總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18-37
• 2.1 吊艙結(jié)構(gòu)的技術(shù)指標(biāo)18
• 2.2 吊艙框架形式及氣動(dòng)外形18-22
• 2.2.1 框架形式的選取18-20
• 2.2.2 氣動(dòng)外形的選取20-22
• 2.4 吊艙總體布局設(shè)計(jì)22-23
• 2.5 吊艙總體結(jié)構(gòu)裝配模型的建立23-25
• 2.6 吊艙工況分析25-27
• 2.7 吊艙結(jié)構(gòu)有限元分析27-33
• 2.7.1 吊艙靜力學(xué)分析27-30
• 2.7.2 吊艙模態(tài)及功率譜分析30-33
• 2.8 吊艙主框架及蒙皮的有限元分析33-36
• 2.8.1 吊艙主框架的分析33-35
• 2.8.2 吊艙蒙皮的分析35-36
• 2.9 本章小結(jié)36-37
• 3 基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化的輕量化研究37-50
• 3.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)37-39
• 3.2 Hypermesh/Optistruct簡(jiǎn)介與應(yīng)用39-40
• 3.3 主框架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化40-47
• 3.3.1 振動(dòng)頻率拓?fù)鋬?yōu)化41-42
• 3.3.2 多工況下剛度拓?fù)鋬?yōu)化函數(shù)42-44
• 3.3.3 主框架多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化44-47
• 3.4 蒙皮的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 4 基于輕質(zhì)材料的輕量化研究50-68
• 4.1 碳纖維復(fù)合材料的選取50-53
• 4.1.1 增強(qiáng)相的選取50-51
• 4.1.2 基體材料的選取51-52
• 4.1.3 復(fù)合材料的選定及力學(xué)參數(shù)的驗(yàn)證52-53
• 4.2 碳纖維復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)與有限元法53-61
• 4.2.1 各向異性彈性力學(xué)基本方程53-55
• 4.2.2 復(fù)合材料宏觀力學(xué)55-59
• 4.2.3 復(fù)合材料鋪層的基本強(qiáng)度與失效準(zhǔn)則59-61
• 4.3 基于碳纖維復(fù)合材料的主框架有限元模型建立61-62
• 4.4 碳纖維主框架的靜力學(xué)分析和模態(tài)分析62-65
• 4.4.1 碳纖維主框架靜力學(xué)結(jié)果分析64-65
• 4.4.2 碳纖維主框架模態(tài)結(jié)果分析65
• 4.4.3 主框架質(zhì)量對(duì)比情況65
• 4.5 本章小結(jié)65-68
• 5 碳纖維主框架的優(yōu)化設(shè)計(jì)68-83
• 5.1 碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)化68-69
• 5.2 碳纖維吊艙主框架自由尺寸優(yōu)化69-72
• 5.3 碳纖維吊艙主框架尺寸優(yōu)化72-76
• 5.4 碳纖維主框架鋪層次序優(yōu)化76-80
• 5.5 主框架優(yōu)化結(jié)果分析80-82
• 5.6 本章小結(jié)82-83
• 6 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 總結(jié)83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 附錄A89-90
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果90

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 臧曉蕾;谷正氣;米承繼;伍文廣;蔣金星;王玉濤;;礦用車車架結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化[J];汽車工程;2015年05期

2 林心龍;周維虎;勞達(dá)寶;;激光跟蹤儀精密跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)軸系優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];儀表技術(shù)與傳感器;2015年04期

3 陳晨;王U，

本文編號(hào)：270905