高空作业平台伸缩臂的有限元分析及拓扑优化设计

发布时间：2020-05-19 18:14

【摘要】：随着经济的不断发展,各行各业对高空作业平台的需求量愈来愈大,对其综合性能的要求也越来越严格。目前,高空作业平台向着轻量化和小型化的趋势发展,而作为技术高度集成的伸缩臂式高空作业平台,将是未来高空作业平台的引领者,对其进行研究契合高空作业平台未来的发展方向;伸缩臂作为伸缩臂式高空作业平台的主要部件,其重要程度不言而喻,将直接影响整机的性能和制造使用成本,而目前对其开展的研究,主要是在传统的设计方案上做一定的优化改进,具有一定的局限性,并没有完全发挥其机械性能,进而造成材料的浪费和生产成本的提高;国外众多大型高空作业平台企业均对其伸缩臂截面形式展开了深入的研究,并将其截面形状、相关参数以及对应的生产加工工艺作为高性能的代表进行技术保密,由此可窥见其重要性;目前随着拓扑优化技术的不断发展和成熟,将其应用于工程领域也日臻完善,但将之运用于高空作业平台进行优化设计的研究相对较少,因此,从现实需求和实用性方面考量,利用拓扑优化方式进行概念设计,再通过其他的优化方式进行后续跟进,最终实现伸缩臂最优化的研究方式是一条“蹊径”。针对以上问题和现状,本文展开如下研究工作:1.对某高空作业平台原型机伸缩臂进行了仿真分析研究。考虑实际工况,利用CAE软件对原型机进行仿真分析研究,确定其危险部位及材料富余状况以找寻其优化方向。2.对伸缩臂截面进行了拓扑优化研究。以原型机伸缩臂为研究对象,建立其拓扑优化数学模型和相关力学模型,并利用Hyperworks中的Optistruct优化模块完成拓扑优化设计,并按照其拓扑图形的分布规律提出了合理建议。3.对拓扑优化后的伸缩臂截面进行了轻量化设计研究。将参数化模型进行截面尺寸优化进而确定伸缩臂的最佳截面参数,并经分析验证,确定了其优化方式的合理性。本文利用拓扑优化和尺寸优化相互结合的方式对伸缩臂截面进行合理的优化设计,在保证结构安全性的前提下,极大地节约了材料,使得伸缩臂经过最终优化后,质量比原型机降低了15.5%,同时提高了其综合机械性能。本文采用的研究方法,可为类似的工程实例提供指导,并启发新的思路。
【图文】：

基本过程,基本流程图,有限元分析

有限元分析基本流程图

流程图,实际应用,有限元分析,流程图

长安大学硕士学位论文14图 2.2 有限元分析实际应用流程图2.2 拓扑优化基本理论目前，在工程领域中，较为常用的结构优化方法主要有三种，分别为尺寸优化、形状优化以及拓扑优化（基本图解如图 2.3 所示）。其中，尺寸优化主要应用于详细设计阶段、形状优化主要应用于基本设计阶段，目前对其两者的研究和应用相对较多，发展也较为成熟[27]。而随着计算机技术的不断提升和其利用于概念设计的独特优势，现今对拓扑优化的关注不断加强。拓扑优化是指在概念设计阶段，，在给定的设计区域内，根据已知的约束、载荷及边界条件，通过合理的计算，寻求满足设计约束的最优拓扑结构。由工程优化实践可知，在概念设计阶段合理使用拓扑优化技术，不仅能克服传统设计的盲目性、减轻结构重量和提升产品性能，更能缩短开发周期，最终提出更为合理的设计方案。目前学者主要从三个方面对拓扑优化技术进行研究：拓?
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH211.6

【参考文献】