基于等效静态载荷方法的大型复杂结构的轻量化设计

发布时间：2017-08-10 13:04

  本文关键词：基于等效静态载荷方法的大型复杂结构的轻量化设计

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【摘要】：机械结构不可避免地承受各种动载荷,机械产品和设备越来越朝着高精密、快速、和轻量化的方向发展,对产品进行动态优化设计已是工程实际的迫切需求。由于直接进行动态结构优化,目前存在计灵敏度非常耗时,动态约束难以处理等困难,本文利用等效静态载荷方法,将动态结构优化问题转化成静态结构优化,对清障汽车的吊臂和副车架进行轻量化设计,并结合算例讨论了静态载荷结构优化和基于等效载荷方法下的动态结构优化的优劣。 本文首先介绍了结构优化数学模型和基于优化模型的算法；介绍了柔性多体动力学基础以及把结构动态载荷转化为等效静态载荷方法的理论。 其次选取某型号的清障汽车起吊装置三铰点位置作为优化对象,建立简化模型,确定设计变量并参数化机构,通过解析求解目标函数表达式,设计优化流程,通过编程序求得满足约束条件的最优解。 之后利用等效静态载荷方法对该型车的吊臂和副车架进行动态结构优化,实现吊臂和副车架的轻量化设计。其中吊臂是基于连续变量优化方法进行轻量化设计,在保证其强度和刚度不降低的前提下,优化后吊臂质量比优化前的减副达15.4%。副车架是基于离散变量优化方法进行轻量化设计,优化后质量比优化前的减副达6.3%,而其最大应力减副达16.4%。 最后选取联合收割机振动筛连杆为优化对象,对连杆在相同载荷下进行单纯静态结构优化和等效静态载荷方法下的动态结构优化,通过比较优化结果的差异,说明高速运转的结构,用单纯的静态载荷对其进行优化,有一定的缺陷和不合理性。 同传统的静态结构优化相比：该方法一方面可以减少优化结果的准确度对工程师经验的依赖度,并使优化的结果在整个工作过程中满足性能要求；另一方面可以缩短结构优化设计的时间,加快产品的研发速度。
【关键词】：等效静态载荷方法 结构优化 轻量化设计 有限元 hyperworks
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.6;TH122
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 轻量化设计和动态结构优化的发展现状12-17
• 1.2.1 轻量化设计的发展现状12-15
• 1.2.2 动态结构优化的发展现状15-17
• 1.3 本文研究的主要内容17-18
• 第二章 结构优化、柔性多体动力学及等效静态载荷方法18-26
• 2.1 结构优化理论基础18-20
• 2.2 柔性多体动力学和等效静态载荷离散方法20-25
• 2.2.1 柔性体上任意一点的位置描述以及坐标变换20-23
• 2.2.2 柔性多体动力学控制方程23-24
• 2.2.3 等效静态载荷离散方法24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 三铰点机构参数优化26-34
• 3.1 三铰点机构参数优化的解析推导26-31
• 3.1.1 问题描述26-27
• 3.1.2 三铰点机构参数优化的解析推导27-31
• 3.2 三角点优化流程及结果31-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 等效静态载荷方法下大型结构参数综合优化34-54
• 4.1 利用等效静态载荷进行结构动态优化算法34-36
• 4.2 等效静态载荷方法下清障汽车吊臂的动态结构优化36-45
• 4.2.1 起吊系统多体动力学模型36-39
• 4.2.2 起吊系统的柔性多体动力学分析39-40
• 4.2.3 吊臂的动态结构优化40-45
• 4.3 等效静态载荷方法下清障汽车副车架动态结构离散变量优化45-53
• 4.3.1 副车架的几何模型及起重装置动力学模型45-49
• 4.3.2 起重装置机械系统柔性多体动力学分析49-50
• 4.3.3 副车架的动态结构离散变量优化50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 静态结构优化与等效静态载荷方法下的动态结构优化比较54-65
• 5.1 振动筛的工作机理54-55
• 5.2 振动筛连杆的静态结构优化55-60
• 5.2.1 振动筛连杆危险工况的提取55-57
• 5.2.2 连杆的静态结构优化57-60
• 5.3 基于等下载荷方法的连杆结构动态优化60-62
• 5.3.1 振动筛机构的有限元模型及边界条件60
• 5.3.2 振动筛的动态响应分析60-61
• 5.3.3 连杆的动态结构优化61-62
• 5.4 静态与动态结构优化结果比较62-63
• 5.5 本章小结63-65
• 全文总结与工作展望65-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表论文72-74
• 致谢74

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