考虑几何非线性的结构形状优化设计及其工程应用研究

发布时间：2020-12-27 02:25

　　空间刚架结构是工程上常用的结构形式,根据刚架结构的构建特点进行形状优化可以极大地改善结构的力学性能,减轻其结构重量。对于空间刚架结构形状优化问题,许多学者都进行了广泛的研究,但研究内容几乎都是基于小变形线弹性理论的有限元法,而未考虑结构的非线性因素。实际结构中,在承受载荷后,一般都存在非线性变形的影响。本文在分析和总结了当前国内外结构形状优化研究工作的基础上,针对考虑几何非线性的空间刚架结构形状优化设计开展研究。基于非线性有限元理论,采用全拉格朗日（Total Lagrange）描述法,考虑高阶非线性项的影响,推导了空间梁单元的几何非线性切线刚度矩阵。推导了考虑几何非线性项的结构形状优化位移灵敏度和应力灵敏度计算列式。在空间刚架结构的形状优化设计中,关键的一项工作就是计算应力灵敏度,在计算应力对刚架结构形状优化的设计变量——结点坐标的灵敏度时,需用到单元刚度矩阵对结点坐标的导数。为了简化计算、方便编程,本文采用半解析法来计算刚架结构的应力灵敏度。基于位移协调,提出了一种虚拟刚度单元,模拟空间刚架结构梁单元之间的偏移搭接问题,从而能更加准确地模拟实际的结构。编制了空间刚架结构优化设计程序... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

斗轮机上部机构

足够的抗弯刚性，以避免臂架挠度太大而无法保证输送带机正常工作；应具有足够的稳定性，以避免臂架受压侧的翼缘和腹板翘曲变形而失稳。图1.2 板与型钢焊接结构悬臂架纵观国内外斗轮机臂架设计型式，可分为两大类：即板梁结构型式与杆件结构型式。就其几何形状而言，几乎都是截面不变的直梁形式，没有综合考虑形状与刚度、强度的匹配协调，为了满足刚度、强度与安全性要求，过度地将其几何尺寸加大的现象时有发生，使整个斗轮机设备重量增加，导致制造成本与合同价格增高。因此，为了增强设计制造企业的产品市场竞争力，提高经济效益；为社会提供技术含量高，质量好，性能可靠的产品；为打造斗轮机行业的品牌，在保证结构安全工作的条件下对其进行形状优化，减轻重量，降低成本，具有重要的实际意义。本文以华泰重工制造有限公司某大型斗轮机悬臂架结构为研究对象

硕士学位论文图6.4 空间刚架形式前臂架主视图图6.5 空间刚架形式前臂架俯视图图6.6 前臂架位移应力云图6.2.2 设计变量臂架上的皮带在输送物料时，为尽可能保证其平稳性，通常把上梁设计为在一平面内，49

【参考文献】：
期刊论文
[1]工程结构优化设计发展综述[J]. 李芳,凌道盛.  工程设计学报(机械·设备和仪器的开发技术). 2002(05)
[2]通用结构优化设计系统的研究与实现[J]. 杜群贵,迟永滨.  机械. 2001(06)
[3]形状优化的全解析敏度分析[J]. 张德欣,江允正,蔡謇.  应用数学和力学. 2001(11)
[4]斗轮机俯仰装置的改进设计[J]. 李松晶,朱瑞滨,王广怀.  煤矿机械. 2000(06)
[5]桁架动力学形状优化的统一设计变量方法[J]. 刘军伟,姜节胜.  振动工程学报. 2000(01)
[6]结构灵敏度分析的解析方法[J]. 张旭明,王德信.  河海大学学报. 1998(05)
[7]结构优化设计的解析灵敏度算法[J]. 梁醒培.  机械强度. 1998(02)
[8]斗轮堆取料机的直线式悬臂带式输送机[J]. 汪宗华,钟晓晖.  起重运输机械. 1998(03)
[9]工程结构优化设计的策略[J]. 汤文成,易红.  工程设计CAD及自动化. 1997(03)
[10]大型斗轮挖掘机上部结构静动力分析[J]. 张春萍,熊晓航,张世娴,傅立民.  辽宁工学院学报. 1997(01)

硕士论文
[1]缆索起重机的仿真与优化设计研究[D]. 余群.武汉理工大学 2002



本文编号：2940917