考虑稳健性的滚筒线支架轻量化设计研究

发布时间：2020-07-22 10:37

【摘要】：“节能环保”日益成为全社会关注的焦点,用更少的消耗,产生更多的效用成为制造业追求的目标。目前,轻量化已成为升降机行业的一种发展趋势。本文以仓储物流用某型具有弯曲导轨的连续式升降机进料口滚筒线支架为研究对象,从滚筒线支架轻量化的参数设计角度,基于6σ稳健设计方法,考虑轻量化方案的可靠性及结构性能的稳健性,开展对升降机轻量化方法及实际工程应用的研究,主要研究工作如下:(1)针对滚筒线支架各性能指标值的获取问题,建立了滚筒线支架静力学有限元分析模型。首先基于Solidworks和ANSYS Workbench软件以及有限元数值模拟技术,建立了滚筒线支架静力学有限元分析模型;然后对滚筒线支架原模型进行了静力学有限元分析。为后续建立滚筒线支架各性能指标的响应面代理模型奠定了基础。(2)针对滚筒线支架各性能指标关于设计变量的显式表达式的获取问题,基于二阶多项式响应面模型,构建了滚筒线支架各性能指标的响应面代理模型。首先提出了直接灵敏度分析和相对灵敏度分析相结合的策略来进行设计变量的筛选;然后基于中心复合设计和有限元数值模拟技术,利用最小二乘法构造了滚筒线支架重量、最大等效应力和最大变形的响应面代理模型;最后对所构建的响应面代理模型进行了精度检验。为后续建立基于6σ稳健性的滚筒线支架轻量化设计模型做好了铺垫。(3)针对滚筒线支架传统的确定性轻量化设计结果缺乏可靠性与稳健性的问题,提出了基于6σ稳健性的滚筒线支架轻量化设计方法。首先归纳了考虑稳健性的轻量化设计模型的构建思路,构建了基于6σ稳健性的滚筒线支架轻量化设计流程,建立了基于6σ稳健性的滚筒线支架轻量化设计模型;然后采用序列二次规划算法进行了优化求解,利用均值二次二阶矩法计算了优化结果的可靠度并将其转化为相应的σ水平;最后对优化结果进行了工程可行性验证,并将优化结果与传统的确定性轻量化设计结果进行了对比分析。结果表明,最终的轻量化方案满足可靠性要求,最大等效应力和最大变形的稳健性有了一定提高,重量减少了9.3kg,减重率达到了29.1%,轻量化效果显著;且与确定性轻量化设计相比,该方法不仅使得滚筒线支架最大等效应力和最大变形得到了一定的降低,而且还提高了轻量化方案的可靠性、最大等效应力和最大变形的稳健性,而缺点为重量增加了1.8kg。由此验证了该方法的有效性。为升降机的轻量化设计提供了可借鉴的方法。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH211.6
【图文】：

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第一章绪论国外关于具有弯曲导轨的连续式升降机轻量化设计方面的研究却基本未见。在国内，关于升降机的研究多集中在矿井提升机[3-4]、施工升降机[5-6]、剪升降机[7-8]和电梯[9-10]上，而具有弯曲导轨的连续式升降机因最近两年才引入，因此，国内尚没有关于该类型升降机的相关研究。.2.2 轻量化设计目前，轻量化设计已成为制造业发展的必然趋势之一，相应的轻量化方法到了快速发展。图 1.1 展示了当前实现轻量化的主要途径。轻量化的主要实径有[11]：轻质材料的应用、结构优化及先进制造工艺的引入等。

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图 3.3 支架有限元模型有限元模型中所划分的网格的质量对有限元的计算结果有很大影响。如量较差，那么有限元计算精度就会很低，可能导致仿真结果与实际值相从而丧失工程可行性。因此需要对网格质量进行检查，滚筒线支架网格及相应的标准[41]见表 3.1。表 3.1 滚筒线支架网格质量指标及相应标准格质量指标本文网格质量指标平均值网格质量指标属性单元质量 0.91 1 最好，0 最差纵横比 1.51 1 最好，不应超过 20雅克比率 2.6 1 最好，不应超过 40平行偏差 2.9° 0°最好，不应超过 70°倾斜度 0.14 0 最好，1 最差，一般不大于 0.7正交质量 0.90 1 最好，0 最差由表 3.1 可知，滚筒线支架网格质量各指标都在其允许范围内，且都比

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第三章滚筒线支架静力学有限元分析3.3.7 约束处理滚筒线支架是通过固定板 1 和固定板 2 固定在机架上的，固定板 1 和固定2 均是通过六个螺栓与机架相联接。然而，螺栓的联接行为是相当复杂的，完按照螺栓实际情况进行螺栓建模及接触设置会导致计算量的急剧增加和有可造成计算结果不收敛，因此工程实际上往往需要对螺栓进行简化处理。由于螺的刚度比其所连接部件刚度大很多，螺栓受力时的变形可以忽略不计，因此可用刚性单元模拟螺栓连接[40]。基于此，本文在各螺栓垫片与固定板的接触区域加固定约束来进行滚筒线支架的约束处理。3.3.8 静力学有限元分析模型基于建立好的滚筒线支架三维模型，按照上述方法进行三维模型几何处理材料设置、连接模拟、网格划分、载荷施加以及约束处理，得到的滚筒线支架力学分析有限元模型如图 3.5 所示。

【参考文献】