斗轮机有限元分析及前臂架结构优化设计

发布时间：2017-11-08 14:01

  本文关键词：斗轮机有限元分析及前臂架结构优化设计

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【摘要】：本文以DQLK1500/2500.35斗轮堆取料机为研究对象，首先计算了整机所受载荷，分别选取三种最典型工况，即在受主要载荷、正常工作以及非正常工作工况下进行有限元力学性能分析。针对整机有限元结果分析得知，结构强度、刚度、稳定性均满足设计要求，但是前臂架结构强度储备过大，不仅造成材料的浪费，而且前臂架结构自重对于整机的稳定性具有十分显著地影响。为改善初始设计方案，本文选用遗传算法对前臂架结构进行优化设计。 为顺利实现斗轮堆取料机前臂架结构的优化设计问题的求解，首先运用ANSYS软件的APDL语言建立参数化有限元模型；其次根据现代结构优化设计理论和优化设计的一般方法，构建了以结构截面主要尺寸为优化设计变量，结构总质量为目标函数，所有工况下结构最大应力为状态变量，设计要求为约束条件的优化设计数学模型；鉴于所构造的优化模型变量多，可行域不连续，计算量较大的特点，统筹考虑后选用遗传算法求解该优化问题。借鉴以往成果和试值法设定运行过程中的遗传算子，包含进化演算过程种群规模、选择率、交叉率、变异率，以及收敛条件进化代数；最后融合结构分析软件ANSYS以及数值计算软件MATLAB中已有的遗传算法工具箱函数，利用VB语言实现多程序集成，并顺利求得最优解。 在使用遗传算法求解结构优化设计问题时，遗传算子取值灵活性较大，对求得最优解结果也会有一定程度的影响。为深入探讨遗传算子对优化结果的敏感度，在本文优化问题的求解过程中，特选取不同的遗传算子，求得相应的最优值。研究结果表明：（1）运用遗传算法求解结构优化设计问题时，遗传算子取值不同，对优化结果有影响；（2）当遗传算子取值不同时，优化设计问题中的目标函数总是保持下降的趋势，相应的适应度值总是不但增大，优秀的个体将被保留，适应性差的个体很快被淘汰掉，符合自然界“优生劣汰”生存法则；（3）在遗传算法进化迭代过程中，作为状态变量的结构最大应力并非单调逼近许用应力值，而是存在一定的起伏，这与遗传算法中变异的随机性、不确定性高度吻合。 结合遗传算法求得理论最优解，进一步根据实际机械加工的隐性要求，得到了既满足强度，刚度，稳定性又满足功能性要求的结构。不仅节省了材料，而且产生了一定的经济效益，探索出了一种可供斗轮堆取料机设计者参考的快速设计方法，对于实现机械结构的快速设计，，精益设计具有一定的意义。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH24

【参考文献】

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本文编号：1157403