门式启闭机门架结构有限元分析及优化设计

发布时间：2017-09-04 04:28

  本文关键词：门式启闭机门架结构有限元分析及优化设计

  更多相关文章： 启闭机 有限元 优化设计 蒙特卡罗模拟 稳健优化

【摘要】：随着国家经济快速的发展,工业生产规模的扩大和自动化程度的提高,起重机已经广泛用于现代化生产的各个领域。在起重机的传统设计过程中,设计任务量大且繁琐,而且采用安全系数法往往设计出结构偏重、能耗高的产品。科学技术的飞速发展促进许多跨学科的先进设计方法不断涌现。与此同时现代社会资源环境的不断恶化,起重机产品势必向着智能化、多样化、节能经济的轻量化方向发展。因此借助计算机技术和现代优化设计方法,设计出更低耗能、更加智能化、更加安全可靠的环境友好型起重机具有十分重要的意义。本文以水利工程领域中某型门式启闭机为研究对象,基于参数化思想实现启闭机门架结构的参数化建模,并由此开展门架结构的轻量化研究。具体研究内容如下：(1)利用有限元分析软件ANSYS中的参数化设计语言APDL实现门式启闭机门架金属结构的参数化建模。通过门架结构的静力学分析可知,工况五(即静载试验)中门架结构所承受应力和应变最大,所处位置均位于主梁上翼缘板集中载荷作用处(即小车轮压附近),但都满足设计要求。(2)结合遗传算法,以启闭机门架重量减轻为目标,结构尺寸参数为设计变量,许用应力和刚度为约束条件进行优化设计,优化后减重约30%,优化效果显著。(3)考虑不确定性对产品质量性能的影响,采用蒙特卡罗模拟法对优化后的结构模型进行可靠性分析,得到优化后模型的可靠度以及各设计变量的灵敏性。结果表明：优化后结构模型的可靠度为86.5%；功能函数对许用应力、主梁盖板厚度及腹板厚度的变化最敏感。(4)在门架结构确定性优化及可靠性分析的基础上,引入6δ设计方法,结合蒙特卡罗模拟抽样和遗传算法,完成了门架结构的6δ稳健优化设计。结果表明：稳健优化结果实现门架重量减轻约为21.6%。较确定性优化结果,6δ稳健性优化后的模型重量有所增加,但减低了目标函数对主梁盖板厚度及腹板厚度等不确定因素的敏感性,其可靠度达到0.98。(5)最后结合Visual Basic和ANSYS软件,成功开发了门式启闭机参数化设计分析软件。可为门式启闭机的设计提供参考,同时提高设计人员工作效率,缩短启闭机产品开发的周期。
【关键词】：启闭机 有限元 优化设计 蒙特卡罗模拟 稳健优化
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH21
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究的背景和意义9
• 1.2 课题相关研究现状9-13
• 1.2.1 起重机的发展动态和研究现状9-11
• 1.2.2 不确定性优化设计方法的研究现状11-13
• 1.3 论文研究的主要内容和技术路线13-15
• 1.3.1 论文研究的主要内容13
• 1.3.2 技术路线13-15
• 第2章 门架结构参数化建模及结构分析15-36
• 2.1 有限元理论15-17
• 2.1.1 有限元法的基本思想15
• 2.1.2 ANSYS软件简介15-16
• 2.1.3 参数化思想及APDL16-17
• 2.2 门架结构的参数化建模17-21
• 2.2.1 门式启闭机简介17-18
• 2.2.2 单元类型的选择及材料属性18-19
• 2.2.3 有限元模型的简化处理19
• 2.2.4 门架结构参数化模型生成19-21
• 2.3 有限元分析中的载荷及约束情况21-26
• 2.3.1 载荷计算21-24
• 2.3.2 载荷组合及工况选择24-25
• 2.3.3 结构模型的约束情况25-26
• 2.4 门架结构静力学分析26-35
• 2.4.1 有限元分析结果的提取26
• 2.4.2 门架金属结构强度分析26-33
• 2.4.3 门架金属结构静刚度分析33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 门架结构传统确定性优化设计36-45
• 3.1 优化设计的基本概念36
• 3.2 门架优化设计数学模型36-38
• 3.2.1 优化设计数学模型36-37
• 3.2.2 门架优化的设计变量37
• 3.2.3 门架优化的约束条件37-38
• 3.2.4 门架优化的目标函数38
• 3.3 门架优化设计的实现38-41
• 3.3.1 ISIGHT软件的简介38-39
• 3.3.2 多岛遗传算法39-40
• 3.3.3 ANSYS与ISIGHT集成运算40-41
• 3.4 优化结果分析41-44
• 3.4.1 优化结果处理41-42
• 3.4.2 优化后门架结构有限元静力学分析42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 门式启闭机门架结构的不确定性分析45-55
• 4.1 ISIGHT环境下的可靠性分析45-47
• 4.1.1 结构可靠度45-46
• 4.1.2 蒙特卡罗模拟法简介46-47
• 4.2 门架结构可靠性分析中随机变量的统计处理47-49
• 4.3 门架结构可靠性分析的求解及分析49-54
• 4.3.1 ISIGHT环境下结构可靠性分析流程49-50
• 4.3.2 门架结构可靠性分析50-51
• 4.3.3 可靠性结果及分析51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 门式启闭机门架结构稳健性优化设计55-61
• 5.1 结构稳健优化设计方法55-57
• 5.1.1 田口稳健设计方法55
• 5.1.2 6σ概念55-56
• 5.1.3 6σ稳健优化设计56-57
• 5.2 结构稳健优化设计模型创建57-58
• 5.3 稳健性优化设计结果58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 门式启闭机参数化分析软件开发61-68
• 6.1 二次开发的背景61-64
• 6.1.1 ANSYS的二次开发技术61
• 6.1.2 程序设计语言Visual Basic61-62
• 6.1.3 VB对ANSYS二次开发的实现62-64
• 6.2 软件开发环境64
• 6.3 实例应用64-67
• 6.4 本章小结67-68
• 第7章 结论与展望68-70
• 7.1 结论68-69
• 7.2 展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目74-75
• 附录75-81

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陆纪国 ,夏文彦;2×1250/250kN门式启闭机的控制系统[J];起重运输机械;2003年01期

2 陆纪国,夏文彦;三峡尾水门式启闭机的控制技术[J];水利电力机械;2003年01期

3 李宝;水电站门式启闭机的转移方案[J];起重运输机械;2004年10期

4 陈图均;马书敏;;门式启闭机参数化有限元分析[J];机械;2006年S1期

5 陈旭;;超大型门式启闭机的概念设计[J];水利水电施工;2009年06期

6 温焕，

本文编号：789357