家用救生舱的优化设计与性能分析

发布时间：2017-07-08 01:08

  本文关键词：家用救生舱的优化设计与性能分析

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【摘要】：家用救生舱作为一种在突发事故中的避难设施，可以为避难人员提供一个安全可靠的空间，有效抵御来自外界的伤害。家用救生舱的舱体作为主体结构，其结构设计和抗震性能是研究中的重中之重。本文首先介绍了国内外关于救生舱的研究背景和理论研究进展，并且在此基础上对家用救生舱进行了设计、优化和抗震性能的分析。 本文首先结合结构静力学分析结果对家用救生舱的舱体进行了初步设计。对初步设计的结构再次运用有限元软件进行静态刚度与强度的分析，通过静力学分析获得了该结构的应力和变形云图，然后对结果进行了分析与评价，得到舱体在受0.1MPa压力时的最大形变量发生处和最大应力集中处，为后续的优化设计中的参数设置提供依据。 其次，在结构静力学的分析基础上对家用救生舱舱体进行优化分析。根据优化设计的原理和家用救生舱的实际情况建立数学模型，，确立目标函数、状态变量以及约束条件。利用Pro/E与AWE协同仿真优化，分析不同变量对于家用救生舱舱体的最大位移形变、最大应力和质量的影响。在对舱体结构的尺寸优化后，对比优化前后的力学性能，结果表明其刚度和强度都有所提高。 然后，利用结构动力学中的模态分析和瞬态动力学分析方法对优化前后的家用救生舱的舱壁结构进行数值分析计算，并对比结果，分析优化对其抗震性能的影响。通过模态分析得到了家用救生舱的自振频率，对其结构优化后可以避开一般地震波的频率，防止共振危害的发生；通过瞬态动力学分析，模拟地震载荷加载到救生舱上时的情况，利用优化结构有效减小舱体在地震载荷下的加速度和位移形变。 最后，对优化后的家用救生舱进行线性屈曲分析，预测其理论屈曲强度。通过线性屈曲分析计算结构优化后的舱体临界载荷，帮助救生舱避开屈曲压力，避免结构失稳的发生。 总而言之，本文首先进行了一种新型家用救生舱的结构设计。然后对舱体结构进行了静力分析，并在此基础上进行了结构优化设计。利用有限元软件对优化前后的舱体进行了模态分析、瞬态动力学分析和屈曲分析，探讨了家用救生舱的抗震性能和结构稳定性，为进一步研究提供理论支持。
【关键词】：家用救生舱 结构静力分析 优化设计 结构动力学 线性屈曲 抗震
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH69
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 救生舱简介10
• 1.1.2 矿用救生舱的研究背景10-11
• 1.1.3 矿用救生舱的理论研究进展11-13
• 1.2 家用救生舱的研究背景及意义13-15
• 1.3 家用救生舱的设计要求15-16
• 1.4 本课题的主要研究内容16-18
• 2 基于结构静力学分析的舱体设计18-36
• 2.1 家用救生舱的舱型设计19-23
• 2.1.1 静力学有限元分析过程20-23
• 2.2 家用救生舱的结构设计23-32
• 2.2.1 家用救生舱外壁壁厚设计23-25
• 2.2.2 家用救生舱外壁加强筋设计25-30
• 2.2.3 家用救生舱法兰连接螺栓设计30-32
• 2.3 家用救生舱的结构静力分析32-35
• 2.3.1 家用救生舱的几何建模32
• 2.3.2 家用救生舱的结构静力分析32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 基于 Pro/E 与 AWE 协同仿真优化的舱体结构设计36-47
• 3.1 最优化原理基础36-38
• 3.1.1 最优设计简介36-37
• 3.1.2 数学模型的建立37-38
• 3.2 Pro/E 与 AWE 的协同仿真及优化38-39
• 3.3 家用救生舱舱体优化过程39-46
• 3.3.1 Pro/E 的参数化建模39-40
• 3.3.2 创建静力分析项目及设置输出参数40
• 3.3.3 创建优化分析过程40-41
• 3.3.4 Response Surface 分析项目的结果查看与评价41-45
• 3.3.5 Goal Driven Optimization 分析项目的结果查看与评价45-46
• 3.4 优化结果分析46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 家用救生舱的结构动力学分析47-70
• 4.1 结构动力学基本理论47-48
• 4.2 家用救生舱的模态分析48-58
• 4.2.1 模态分析基础48-49
• 4.2.2 家用救生舱结构优化前的模态分析49-54
• 4.2.3 家用救生舱结构优化后的模态分析54-57
• 4.2.4 结构优化前后模态分析结果对比及意义57-58
• 4.3 家用救生舱的瞬态动力学分析58-69
• 4.3.1 瞬态动力学分析基础59-60
• 4.3.2 家用救生舱结构优化前的瞬态动力学分析60-66
• 4.3.3 家用救生舱结构优化后的瞬态动力学分析66-69
• 4.3.4 结构优化前后瞬态动力学分析结果对比及意义69
• 4.4 本章小结69-70
• 5 家用救生舱的线性屈曲分析70-78
• 5.1 线性屈曲分析原理71-73
• 5.2 家用救生舱的线性屈曲分析过程73-76
• 5.2.1 静力分析73-74
• 5.2.2 屈曲分析74-76
• 5.3 线性屈曲结果分析76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 6 总结和展望78-80
• 6.1 全文总结78-79
• 6.2 工作展望79-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文目录84-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：532484