基于HyperWorks的面棒机有限元分的及优化设计
本文关键词：基于HyperWorks的面棒机有限元分的及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：面棒机的支架主要起到支撑和连接的作用，同时也要承受传递给它的各种力和力矩的作用，由于支架支撑的扭拉装置是靠减速器提供动力，传动过程中是依靠锥齿轮的啮合传递动力，因此必须保证支架具有足够的强度和刚度，尤其是刚度。鉴于此，本文选用RADIOSS软件对面棒机的大小支架进行有限元求解分析，并对支架的薄弱地方进行结构改进，改进后的支架使用OptiStruct优化软件进行拓扑优化结构设计。 本文中的主要研究内容如下所示： 1.介绍优化技术的发展情况以及面棒机在研发过程中遇到的问题，确定了论文的研究方向。同时也简单介绍了有限元方法和弹性力学知识，为后续的求解分析提供了理论基础。 2.对面棒机的大小支架进行了有限元静力学分析，支架在揉顺机构和扭拉机构的重力作用下，大小支架的应力分布云图和应变分布云图。同时也对大小支架进行了模态分析，得到了它们的固有频率及振型；对它们的动态特性也进行了评估。 3.利用OptiStruct拓扑优化技术对初始支架模型进行了优化分析，分析了目标函数随着迭代次数增加的变化情况，同时研究了不同约束位移对支架密度云图的影响，不同阀值对支架材料分布的影响。 4.利用OSSmooth生成的几何模型在SOLIDWORKS重新设计，再将设计后的模型进行强度分析。跟原设计模型进行对比，发现刚度、强度、重量均优于原支架，表明该方案切实有效。 5.对在体网格下的模型进行了拓扑优化分析，，与面网格拓扑分析结果做了一些对比，发现体网格下的拓扑优化分析结果可以应用于液态成型工艺中，为日后该支架采用铸造工艺生产进行了一些前期探索。 通过上面的分析，能够对面棒机结构的一些特性有更多更全面的了解，为该产品后续设计提供了可靠的经验。使用该设计思路后不仅能够有效的减少生产成本、降低产品的研发时间，从而增强该产品在激烈市场中的竞争力。
【关键词】：面棒机 有限元分析 HyperWorks 拓扑优化
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH122
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1 绪论9-14
- 1.1 优化设计过程9
- 1.2 结构优化设计概述9-10
- 1.3 结构优化的分类10
- 1.4 结构优化设计的发展情况10-11
- 1.5 课题来源及意义11
- 1.6 面棒机结构系统11-12
- 1.7 本文研究内容12-14
- 2 有限元基本理论及 HyperWorks 平台介绍14-22
- 2.1 有限元法基本理论14-15
- 2.1.1 有限元法的概念14
- 2.1.2 有限元法的基本思想14
- 2.1.3 有限元法基本步骤14-15
- 2.2 弹性力学基础15-18
- 2.2.1 弹性力学的基本假设15
- 2.2.2 弹性力学平面问题15-18
- 2.3 HyperWorks 软件介绍18-20
- 2.4 小结20-22
- 3 面棒机支架的静力学分析22-27
- 3.1 面棒机支架建模22
- 3.2 中面抽取22-23
- 3.3 网格划分23-24
- 3.4 施加载荷24-25
- 3.5 支架分析求解25-26
- 3.6 小结26-27
- 4 面棒机支架的模态分析27-33
- 4.1 模态分析的基本理论27-28
- 4.2 模态计算和结果分析28-32
- 4.3 本章小结32-33
- 5 结构优化理论基础33-38
- 5.1 优化设计商业软件介绍33-34
- 5.2 OptiStruct 优化设计的数学基础34-36
- 5.2.1 结构优化的数学模型34
- 5.2.2 OptiStruct 迭代算法34-35
- 5.2.3 灵敏度分析35
- 5.2.4 近似模型拟合35-36
- 5.3 拓扑优化36-38
- 5.3.1 拓扑优化概述36
- 5.3.2 密度法36-37
- 5.3.3 拓扑优化中的工艺约束37-38
- 6 支架拓扑优化38-54
- 6.1 支架几何模型的建立38-39
- 6.2 拓扑优化区域建立39-40
- 6.3 施加载荷和约束40
- 6.4 求解计算分析40-41
- 6.5 支架拓扑优化定义41-43
- 6.5.1 定义设计变量41-42
- 6.5.2 定义响应42
- 6.5.3 定义约束和目标函数42-43
- 6.6 优化结果分析43-46
- 6.7 确定约束参数46
- 6.8 阀值的使用46-47
- 6.9 重新生成模型47-48
- 6.10 新支架静力学分析48-49
- 6.11 结果对比分析49-50
- 6.12 支架体单元拓扑优化50-53
- 6.12.1 前处理51-52
- 6.12.2 后处理52-53
- 6.13 小结53-54
- 7 全文总结与展望54-55
- 7.1 论文研究工作总结54
- 7.2 展望54-55
- 致谢55-56
- 附录 A部件清单56-57
- 攻读学位期间的研究成果57-58
- 参考文献58-59
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本文编号：510201
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