基于刚柔耦合的锚绞机结构优化设计及试验研究

发布时间：2017-07-16 22:02

  本文关键词：基于刚柔耦合的锚绞机结构优化设计及试验研究

  更多相关文章： 锚绞机 动力学仿真 刚柔耦合仿真 结构优化 应力测试

【摘要】：以多体动力学理论、刚柔耦合理论、结构优化理论及有限元理论为基础,以多体动力学软件、CAE软件和应变电测技术为研究手段,对锚链轮和底座进行结构优化设计。主要工作如下：应用RecurDyn软件建立了锚绞机多刚体动力学模型,对锚绞机的多种工况进行了仿真。根据多体动力学仿真结果对各级齿轮副的传动比与啮合力进行了分析,从而对锚机多刚体动力学模型的正确性进行了验证,并进行了锚链轮与锚链的啮合传动分析与锚链轮扭矩分析,得出了锚链轮与锚链之间的传动规律及锚链轮工作过程中的扭矩,为后续锚链轮的结构优化提供参考。应用RecurDyn柔体技术建立了锚链轮刚柔耦合模型与底座刚柔耦合模型,对锚绞机的多种工况进行了仿真。根据刚柔耦合仿真的结果对锚链轮及底座的动应力历程进行了分析并结合锚绞机多体动力学仿真分析结果,对锚链轮及底座的结构进行了初步的改进。对锚链轮齿形进行了优化并利用多体动力学仿真技术对锚链轮齿形改进前后的锚链轮与锚链之间接触力及锚链轮扭矩进行了对比分析,验证了本文对锚链轮齿形的改进是可取的。应用尺寸优化、拓扑优化、有限元等理论进行了锚链轮结构参数多目标优化分析、锚机不同布置方式的对比分析、锚机底座拓扑优化分析及锚机底座结构参数多目标优化分析,确定了锚链轮与底座的最佳结构。以应变电测技术为手段,对底座不同位置在多种工况下的应变进行了测试并将测试结果与刚柔耦合分析结果进行了比较,验证了锚机底座刚柔耦合分析模型的正确性。
【关键词】：锚绞机 动力学仿真 刚柔耦合仿真 结构优化 应力测试
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.42
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 选题背景与意义8-9
• 1.2 锚绞机零部件结构研究现状9-11
• 1.3 本文研究内容及结构11-15
• 1.3.1 锚绞机工作原理及主要技术参数11-14
• 1.3.2 本文主要研究内容14
• 1.3.3 本文结构14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 2 结构优化理论和试验设计技术简介16-23
• 2.1 结构优化设计概述16-17
• 2.2 结构优化设计数学模型17-18
• 2.2.1 设计变量17
• 2.2.2 约束条件17
• 2.2.3 目标函数17-18
• 2.2.4 优化设计的数学模型18
• 2.3 连续体结构拓扑优化基本理论18-20
• 2.3.1 变厚度法18-19
• 2.3.2 均匀化法19
• 2.3.3 变密度法19-20
• 2.4 响应面试验设计20-22
• 2.4.1 响应面法基本原理20-21
• 2.4.2 试验设计方法21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 锚绞机虚拟样机的建立及仿真分析23-39
• 3.1 虚拟样机技术介绍23
• 3.2 RecurDyn软件简介23-24
• 3.3 RecurDyn中虚拟样机的建立24-31
• 3.3.1 Pro/E三维模型的简化及导入24-25
• 3.3.2 建模环境的设置和体的合并25-26
• 3.3.3 锚绞机模型约束的添加26
• 3.3.4 外力载荷建模26-27
• 3.3.5 锚绞机模型接触建模27-29
• 3.3.6 锚绞机模型驱动及载荷的施加29
• 3.3.7 锚绞机虚拟样机模型检验29-31
• 3.4 锚绞机多刚体动力学仿真结果分析31-38
• 3.4.1 各级齿轮副传动比验证31-33
• 3.4.2 锚链轮与锚链啮合传动分析33-35
• 3.4.3 锚链轮扭矩分析35-37
• 3.4.4 各级齿轮副啮合力验证37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 锚绞机刚柔耦合模型的建立及仿真分析39-55
• 4.1 RecurDyn柔体技术39
• 4.2 锚绞机刚柔耦合模型的建立39-45
• 4.2.1 刚柔耦合模型建立流程40-41
• 4.2.2 底座有限元柔性体刚柔耦合模型的建立41-43
• 4.2.3 锚链轮有限元柔性体刚柔耦合模型的建立43-45
• 4.3 锚绞机刚柔耦合仿真结果分析45-54
• 4.3.1 锚绞机底座动应力分析45-52
• 4.3.2 锚绞机锚链轮动应力分析52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 锚绞机零部件结构优化设计55-75
• 5.1 ANSYS及ANSYS Workbench结构优化分析55-57
• 5.1.1 ANSYS结构拓扑优化分析55-56
• 5.1.2 ANSYS Workbench结构优化分析56-57
• 5.2 锚链轮结构优化设计57-65
• 5.2.1 锚链轮齿形优化设计57-61
• 5.2.2 锚链轮结构参数多目标优化设计61-65
• 5.3 锚绞机底座结构优化设计65-74
• 5.3.1 锚机布置方式的确定65-69
• 5.3.2 锚绞机底座拓扑优化设计69-71
• 5.3.3 锚绞机底座结构参数多目标优化设计71-74
• 5.4 本章小结74-75
• 6 锚绞机刚柔耦合模型试验研究75-84
• 6.1 应力应变测试方法综述75-76
• 6.2 锚绞机底座应力测试试验76-81
• 6.2.1 试验设计76-79
• 6.2.2 测试结果处理79-81
• 6.3 锚绞机底座刚柔耦合模型验证81-83
• 6.4 本章小结83-84
• 7 总结与展望84-86
• 7.1 论文工作总结84
• 7.2 创新点84-85
• 7.3 展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-91
• 附录91

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本文编号：550698