机械组合结构刚度评价及快速匹配方法研究
发布时间：2021-06-18 14:21
结构精密、功能全面、性能优越的机械装置设计,是现代机械产品发展的主要方向,越来越多的高强化、高集成度组合机构被应用到机械装置设计中,组合结构的刚度、强度性能是影响机械产品工作可靠性的关键所在,其中组合结构的刚度评价及匹配问题一直是现代机械结构设计的难点。因此,在产品设计阶段进行组合机构的刚度评价及匹配研究,对于提高机械结构的安全性和可靠性具有重要意义。本文以某大功率柴油机的机体、主轴承盖和油底壳三部分零件组成的组合结构作为研究对象,探究组合结构的刚度评价方法与快速匹配策略,并设计完成了该组合结构的刚度快速匹配系统。为保证仿真模型的有效性,首先构建了机体、主轴承盖和油底壳零件及组合结构的详细模型和参数化简化模型,进行了计算模态分析,同时对机体和油底壳结构分别进行了试验模态分析,并与有限元模态分析结果进行了对比分析,结果表明试验模态与计算模态的误差均在10%以内,验证了有限元仿真模型的有效性;然后分别从宏观与微观角度探究了机械结构刚度的影响因素,进一步从静刚度与动刚度两种途径进行了结构刚度分析,探讨了刚度的评价方法,并结合有限元软件的刚度计算方法及刚度评价方法,总结出组合结构的刚度匹配策略...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弹簧-质量振动系统
中北大学学位论文15本文中所涉及到的二次开发软件载体是Abaqus。在Abaqus中有两种开发方式：一种是基于FORTRAN的求解器开发，另一种基于Python的前后处理的开发[44]。两种开发方式将整个有限元的分析过程都包含起来，这也从侧面体现了这款软件强大。首先，需要对Abaqus软件包的架构有个详细的了解。Abaqus的软件包也是由两大部分组合而成：一部分是Abaqus/CAE（包括Abaqus/GUI和Abaqus/Kernel），用来进行有限元的前后处理工作，也是基于Python脚本所开发的；另一块内容是进行计算模型的求解器（常用的有隐式分析、显式分析以及CFD等)，这块内容是基于FORTRAN语言展开的，详细的软件包架构如图2.2所示。图2.2Abaqus软件环境结构GUI的作用有两大部分：一种是收集建模的各种参数交给内核完成建模并最终形成INP文件（前处理工作），另一种是打开ODB文件，提取对应的数据并显示出云图（后处理工作）。这两大部分的内容基本上都是通过Python语言实现的。Abaqus/CAE的软件提供商为用户提供了丰富的接口，比如对结果数据ODB操作的接口，对建模操作的MDB有关接口，以及最常用的CAE相关的session操作的接口等。INP文件是整个前处理的过程的目的地所在，它包含前处理的所有工作。在其他
中北大学学位论文183组合结构有限元仿真模型构建3.1详细模型的构建与简化本文选取某12缸柴油发动机作为研究对象，为探究其刚度匹配的关系，选择机体、主轴承盖和油底壳三种部件的装配体，如图3.1所示。图3.1柴油机装配及分解图上述模型由实体模型1:1外部复制导入，与参照尺寸逐步建模相比，关键部位尺寸对应较好，便于装配部件的创建，但易产生不合理的特征，如极薄的面特征，而且在这些模型上包含许多对本身刚度基本无影响，只是用来装饰的部分。因此，在后续研究之前，需要对实体模型进行结构修整、简化非必要的部分，从而避免后续复杂性分析因模型存在问题而失败。在修整简化过程中，由繁至简，从大到小对机体、主轴承盖和油底壳模型分别处理。在大方面，把握整体框架结构，对倾斜度小的锥面进行平面化处理；对于润滑油道、油孔等统一规整为直道；对于局部不影响整体刚度的结构型式，或平整或合并甚至可以忽略；对于只用来连接部件的凸台、螺孔等可以删除，但要保留关键部位的加强筋等结构。针对机体而言，最终将简化为由板壳、加强筋和隔板组成的箱体结构[45]；针对主轴承盖而言，简化为带半圆槽的扁长方体结构；针对油底壳而言，去除边缘的倒角及过渡圆角，忽略影响较小的油池油道等，简化成壳体结构。最终简化模型如下
【参考文献】：
期刊论文
[1]某车型排气系统挂钩特性分析与研究[J]. 靳龙,曾昊,李玉奇. 机械设计与制造. 2019(11)
[2]航空发动机整体叶盘结构刚度的多目标优化[J]. 陈鼎欣,简卫斌,邓敬亮. 航空发动机. 2019(05)
[3]肋板结构参数对结构刚度的影响研究[J]. 张保成,于喆昌,张开升,杨贵春,王强. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(11)
[4]基于白车身静刚度的结构胶拓扑优化分析[J]. 刘丹,刘俊红,朱忠华,左乐,马增辉. 汽车工程师. 2019(09)
[5]不同边界约束条件下某汽车白车身静刚度分析[J]. 王克飞,时培成,彭闪闪,刁杰胜. 工程设计学报. 2019(04)
[6]采用包带式星箭锁紧连接装置的对接框刚度匹配性研究[J]. 王桂娇,王斌,刘观日,张登宇,黄蔚. 导弹与航天运载技术. 2019(04)
[7]基于模态匹配法的接触刚度[J]. 王梓豪,李春华,王之琢,王海静,屈化民. 强激光与粒子束. 2019(08)
[8]基于模态灵敏度的柴油机传动箱结构改进设计[J]. 张艳岗,宋智文,马富康,牛军,杨贵春. 机械设计与研究. 2019(03)
[9]基于ANSYS的界面化核电站取水构筑物配筋程序开发[J]. 王桂萱,封将,尹训强. 防灾减灾工程学报. 2019(03)
[10]基于吸能目标的汽车前端结构刚度匹配性设计[J]. 胡召阔,成思源,张雷. 机床与液压. 2019(09)
博士论文
[1]客车车身结构的刚度匹配方法改进与局部精细化设计研究[D]. 袁正.吉林大学 2017
硕士论文
[1]精密数控立式车床关键零部件刚度分析及结构优化[D]. 邓涛.济南大学 2019
[2]基于刚度评价的柴油机机体方案模型构建方法研究[D]. 张敏.中北大学 2018
[3]总体参数对柴油机方案设计阶段整机刚度的影响研究[D]. 张钦修.中北大学 2018
[4]大变形Cosserat有限元数值方法的实现及其应用[D]. 孙发兵.大连理工大学 2018
[5]马鞍索网结构提升张拉成型研究[D]. 李光军.吉林大学 2017
[6]基于静/动态多目标拓扑优化理论的弹性微变形并联机构构型综合与设计[D]. 宋马军.江西理工大学 2016
[7]FSC赛车车架的结构分析与优化设计[D]. 阎力.太原科技大学 2016
[8]基于超单元和支持向量机技术的船舶结构理性设计方法研究[D]. 孙利.上海交通大学 2012
[9]基于ANSYS对工装动刚度的有限元分析[D]. 李勇军.电子科技大学 2011
本文编号：3236819
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弹簧-质量振动系统
中北大学学位论文15本文中所涉及到的二次开发软件载体是Abaqus。在Abaqus中有两种开发方式：一种是基于FORTRAN的求解器开发，另一种基于Python的前后处理的开发[44]。两种开发方式将整个有限元的分析过程都包含起来，这也从侧面体现了这款软件强大。首先，需要对Abaqus软件包的架构有个详细的了解。Abaqus的软件包也是由两大部分组合而成：一部分是Abaqus/CAE（包括Abaqus/GUI和Abaqus/Kernel），用来进行有限元的前后处理工作，也是基于Python脚本所开发的；另一块内容是进行计算模型的求解器（常用的有隐式分析、显式分析以及CFD等)，这块内容是基于FORTRAN语言展开的，详细的软件包架构如图2.2所示。图2.2Abaqus软件环境结构GUI的作用有两大部分：一种是收集建模的各种参数交给内核完成建模并最终形成INP文件（前处理工作），另一种是打开ODB文件，提取对应的数据并显示出云图（后处理工作）。这两大部分的内容基本上都是通过Python语言实现的。Abaqus/CAE的软件提供商为用户提供了丰富的接口，比如对结果数据ODB操作的接口，对建模操作的MDB有关接口，以及最常用的CAE相关的session操作的接口等。INP文件是整个前处理的过程的目的地所在，它包含前处理的所有工作。在其他
中北大学学位论文183组合结构有限元仿真模型构建3.1详细模型的构建与简化本文选取某12缸柴油发动机作为研究对象，为探究其刚度匹配的关系，选择机体、主轴承盖和油底壳三种部件的装配体，如图3.1所示。图3.1柴油机装配及分解图上述模型由实体模型1:1外部复制导入，与参照尺寸逐步建模相比，关键部位尺寸对应较好，便于装配部件的创建，但易产生不合理的特征，如极薄的面特征，而且在这些模型上包含许多对本身刚度基本无影响，只是用来装饰的部分。因此，在后续研究之前，需要对实体模型进行结构修整、简化非必要的部分，从而避免后续复杂性分析因模型存在问题而失败。在修整简化过程中，由繁至简，从大到小对机体、主轴承盖和油底壳模型分别处理。在大方面，把握整体框架结构，对倾斜度小的锥面进行平面化处理；对于润滑油道、油孔等统一规整为直道；对于局部不影响整体刚度的结构型式，或平整或合并甚至可以忽略；对于只用来连接部件的凸台、螺孔等可以删除，但要保留关键部位的加强筋等结构。针对机体而言，最终将简化为由板壳、加强筋和隔板组成的箱体结构[45]；针对主轴承盖而言，简化为带半圆槽的扁长方体结构；针对油底壳而言，去除边缘的倒角及过渡圆角，忽略影响较小的油池油道等，简化成壳体结构。最终简化模型如下
【参考文献】：
期刊论文
[1]某车型排气系统挂钩特性分析与研究[J]. 靳龙,曾昊,李玉奇. 机械设计与制造. 2019(11)
[2]航空发动机整体叶盘结构刚度的多目标优化[J]. 陈鼎欣,简卫斌,邓敬亮. 航空发动机. 2019(05)
[3]肋板结构参数对结构刚度的影响研究[J]. 张保成,于喆昌,张开升,杨贵春,王强. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(11)
[4]基于白车身静刚度的结构胶拓扑优化分析[J]. 刘丹,刘俊红,朱忠华,左乐,马增辉. 汽车工程师. 2019(09)
[5]不同边界约束条件下某汽车白车身静刚度分析[J]. 王克飞,时培成,彭闪闪,刁杰胜. 工程设计学报. 2019(04)
[6]采用包带式星箭锁紧连接装置的对接框刚度匹配性研究[J]. 王桂娇,王斌,刘观日,张登宇,黄蔚. 导弹与航天运载技术. 2019(04)
[7]基于模态匹配法的接触刚度[J]. 王梓豪,李春华,王之琢,王海静,屈化民. 强激光与粒子束. 2019(08)
[8]基于模态灵敏度的柴油机传动箱结构改进设计[J]. 张艳岗,宋智文,马富康,牛军,杨贵春. 机械设计与研究. 2019(03)
[9]基于ANSYS的界面化核电站取水构筑物配筋程序开发[J]. 王桂萱,封将,尹训强. 防灾减灾工程学报. 2019(03)
[10]基于吸能目标的汽车前端结构刚度匹配性设计[J]. 胡召阔,成思源,张雷. 机床与液压. 2019(09)
博士论文
[1]客车车身结构的刚度匹配方法改进与局部精细化设计研究[D]. 袁正.吉林大学 2017
硕士论文
[1]精密数控立式车床关键零部件刚度分析及结构优化[D]. 邓涛.济南大学 2019
[2]基于刚度评价的柴油机机体方案模型构建方法研究[D]. 张敏.中北大学 2018
[3]总体参数对柴油机方案设计阶段整机刚度的影响研究[D]. 张钦修.中北大学 2018
[4]大变形Cosserat有限元数值方法的实现及其应用[D]. 孙发兵.大连理工大学 2018
[5]马鞍索网结构提升张拉成型研究[D]. 李光军.吉林大学 2017
[6]基于静/动态多目标拓扑优化理论的弹性微变形并联机构构型综合与设计[D]. 宋马军.江西理工大学 2016
[7]FSC赛车车架的结构分析与优化设计[D]. 阎力.太原科技大学 2016
[8]基于超单元和支持向量机技术的船舶结构理性设计方法研究[D]. 孙利.上海交通大学 2012
[9]基于ANSYS对工装动刚度的有限元分析[D]. 李勇军.电子科技大学 2011
本文编号：3236819
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