[硕士学位论文]有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用

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[硕士学位论文]有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用

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内容提示：本文详细阐述了有限单元法的基本思想、力学基础以及有限元分析等基本理论，具体说明了有限元分析软件MSC/NASTRAN的功能和它的开放式结构以及MSC/PATRAN的主要特点，在此基础上，结合与导师共同完成的实际工程项目，重点研究了几种工程机械钢结构的强度、刚度以及优化设计问题。 首先以某公路拼装式架桥机为研究对象，通过理论计算及综合分析确定出拼装式架桥机的三种危险工作工况。利用MSC/PATRAN软件建立拼装式架桥机主梁钢结构的仿真模型，进而在MSC/NASTRAN中完成其主梁钢结构的强度、刚度分析，得出该拼装式架桥机在各工况下的最大应力、应变值及分布云图。同时，在导师的精心指导与安排下对其实体拼装式架桥机主梁钢结构进行了实际检测，完成了有限元计算方法与实际测试的对比。 其次以QT263塔机超长附墙杆的设计为研究对象，结合QT263塔机实际施工中的特殊情况，由于塔机与墙体之间的距离较大，需要设计超长附墙杆来连接塔机与墙体。利用MSC/PATRAN软件建立设计超长附墙杆钢结构仿真模型，进而在MSC/NASTRAN中完成其超长附墙杆钢结构的强度、刚度分析，得到各设计方案下超长附墙杆的最大应力、应变值及分布云图，最终确定出满足要求的塔机超长附墙杆钢结构的合理设计方案。 最后以某公司生产的隧道衬砌台车为研究对象，根据某公司的要求完成隧道衬砌台车钢结构在MSC/PATRAN软件下的仿真，综合分析后，进而在MSC/NASTRAN中完成其隧道衬砌台车钢结构的强度、刚度分析，得到隧道衬砌台车的最大应力、应变值及分布云图。通过分析，该隧道衬砌台车有进一步优化的空间，接着在MSC/NASTRAN中定义设计变量，确定设计目标，进行优化设计。结果表明：最大应力值增大，充分利用了材料，，有效的减轻了重量，应力分布也更加合理。 本论文研究结果表明用MSC/NASTRAN建模分析可以大大节省人力物力，又有比较高的模拟精度，对于工程实际是相当有帮助的，可以提高工程机械钢结构设计及优化水平，使得工程机械钢结构更趋合理，满足当今工程机械设计发展的需求，同时也显示了MSC/NASTRAN在强度、刚度分析和优化设计中的重要作用和意义，本论文的研究方法适用于指导任何其他类型机械钢结构的分析。

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