垃圾集装箱滚轮碰撞分析及其结构优化

发布时间：2017-03-18 11:08

  本文关键词：垃圾集装箱滚轮碰撞分析及其结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工程实际中,碰撞一直是令工程师们头痛的问题。一方面由于碰撞是高度的非线性力学行为,作用强度大,时间短,同时又受各方面的复杂影响因素,以致于其求解计算非常困难。另一方面碰撞问题是常见工程现象,对结构的力学性能和使用寿命的影响巨大,这使其成为工程师在工程中不得不面对的一大难题。目前,碰撞问题的理论研究成果虽不少,但能够方便地应用于工程实际的方法却不多。这使得工程实际中求解碰撞问题极为不便。本文应用机构运动学、碰撞动力学、接触力学等理论和多体动力学软件对某垃圾集装箱滚轮与地面碰撞发生破坏工程实例展开研究,提出一种解决滚轮碰撞破坏问题的简化计算方法,具有工程应用价值。本文就垃圾集装箱装卸过程中拉臂钩车的运动形式和特点,建立拉臂钩车的二维平面连杆机构模型,并完成机构的运动学求解。应用能量原理,求解出碰撞等效质量,获得垃圾箱滚轮在碰撞的过程中的位移、碰撞力以及接触区域的接触应力的变化情况。本文分析了垃圾集装箱滚轮碰撞的实际过程,提出碰撞破坏的主要因素是滚轮轴与轴瓦内圈碰撞的模型。据此模型对滚轮碰撞接触区域和整体模型作了简化,建立了碰撞的弹簧刚度模型,并且推导了模型刚度系数的计算公式。利用建立的模型,分析获得滚轮碰撞的近似解答。利用非线性动力学软件对本文计算结果进行了校验,证明方法简便可靠。并根据数值优化方法对滚轮结构进行优化。依据现代拓扑优化理论,采用SIMP(变密度法)数值计算方法对滚轮进行多种工况下的拓扑优化,获得适合多种工况的最优滚轮拓扑结构。在此拓扑优化基础上完成了对结构形状和尺寸的设计,并分析对比了不同的尺寸的计算结果,确定了滚轮的实际尺寸。就滚轮制造实际问题,本文亦提出了相应的工程实现方法。
【关键词】：垃圾集装箱滚轮 碰撞 刚度系数 结构优化 SIMP方法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH247
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 引言8-10
• 1.2 碰撞问题的求解方法10-14
• 1.2.1 离散分析方法10-11
• 1.2.2 连续分析方法11-13
• 1.2.3 接触碰撞中的摩擦力模型13-14
• 1.2.4 碰撞问题有限元求解方法14
• 1.3 碰撞问题的实验研究14-15
• 1.4 垃圾集装箱滚轮破坏问题研究现状15-16
• 1.5 本文主要工作内容及组织结构16-18
• 2 碰撞理论和滚轮碰撞模型18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 连续接触力模型18-21
• 2.2.1 Hertz接触力模型18-19
• 2.2.2 线性阻尼模型19-20
• 2.2.3 非线性弹簧阻尼模型20-21
• 2.3 工程中的线接触刚度系数21-24
• 2.4 接触区域处理方法24-26
• 2.4.1 简化处理方法24-25
• 2.4.2 精细处理方法25-26
• 2.5 垃圾集装箱滚轮碰撞模型26-28
• 2.6 本章总结28-29
• 3 垃圾集装箱滚轮碰撞初速度与质量29-37
• 3.1 引言29-30
• 3.2 拉臂勾车机构运动分析30-33
• 3.3 垃圾集装箱箱体等效质量的确定33-36
• 3.3.1 箱体瞬时速度33-34
• 3.3.2 垃圾集装箱箱体等效质量34-36
• 3.4 本章总结36-37
• 4 垃圾集装箱滚轮碰撞分析37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 垃圾集装箱滚轮碰撞动力学方程37-40
• 4.3 垃圾集装箱滚轮碰撞过程参数计算40-42
• 4.4 计算结果校验42-45
• 4.5 本章总结45-47
• 5 垃圾集装箱滚轮结构优化设计47-61
• 5.1 引言47
• 5.2 变密度法基本理论47-50
• 5.3 垃圾集装箱滚轮结构拓扑优化50-54
• 5.4 垃圾集装箱滚轮形状和尺寸优化设计54-56
• 5.5 垃圾集装箱滚轮优化结构的工程实现56-60
• 5.5.1 焊接加工56-58
• 5.5.2 铸造加工58-60
• 5.6 本章总结60-61
• 6 总结与展望61-63
• 6.1 全文总结61
• 6.2 展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录68

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