基于KBE的轻量化桥式起重机模块化系统研究

发布时间：2017-09-09 10:08

  本文关键词：基于KBE的轻量化桥式起重机模块化系统研究

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【摘要】：桥式起重机的传统设计模式是在参考企业内部现有图纸基础上,适当修改一些尺寸参数然后进行校核计算。这种模式对设计知识缺乏有效地整理而出现很多重复性工作,导致设计周期变长和设计成本增加,所设计出的起重机因有较大的安全系数导致材料浪费,且难以满足客户对产品提出的个性化和多样性的要求。 为了应对激烈的市场竞争,桥式起重机设计迫切需要运用新的设计理念来缩短产品开发设计周期,降低产品成本,优化产品性能。 在国家科技支撑计划课题“通用型桥式起重机轻量化设计技术及应用”(课题编号：2011BAF11B02)的资助下,本文对桥式起重机轻量化技术展开了研究。同时将知识工程、计算机辅助设计和模块化设计技术引入桥式起重机的设计中来,通过建立基于KBE (Knowledge Based Engineering,知识工程)的轻量化桥式起重机模块化系统,将桥式起重机的相关设计知识和经验运用到桥式起重机的模块化设计中来,并结合三维建模和有限元分析技术,来实现桥式起重机的设计。本文主要从以下几个方面进行研究： (1)基于功能原理对桥式起重机进行模块划分和模块综合,用已有模块或设计制造少量的模块在较短时间内组成满足客户要求的产品。 (2)研究知识工程在桥式起重机中的应用,总结桥架结构设计计算知识并建立知识库,编写桥架设计计算程序重用已有的设计经验和知识。 (3)确定桥式起重机金属结构轻量化目标和主梁轻量化技术方案,利用有限元分析软件ANSYS的优化模块对主梁和端梁进行优化设计；主梁优化的对象是焊接偏轨箱型主梁,在满足静力分析和稳定性分析的前提下,以自重最小为目标函数,刚度、强度、整体稳定性以及局部稳定性为约束条件,对影响主梁自重的9个参数进行了分级优化设计,并以某一型号桥式起重机主梁为例,对优化结果进行了分析。 (4)以集成软件VS.NET为系统开发平台,集成三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS,建立基于KBE的轻量化桥式起重机模块化设计系统,系统主要包括总体方案设计系统、轻量化设计系统和模块化设计系统三部分,并以桥架为例演示了系统运行过程。 本文建立的基于KBE的轻量化桥式起重机模块化设计系统已在某公司内部得到推广应用,使用结果表明,该系统能够缩短产品供货周期,提高公司在市场中的竞争力。
【关键词】：知识工程 模块化 轻量化 桥式起重机 优化设计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH215
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.1.1 课题研究背景9
• 1.1.2 课题研究意义9-10
• 1.2 相关课题的国内外研究现状10-14
• 1.2.1 桥式起重机研究现状10-12
• 1.2.2 模块化设计研究现状12-13
• 1.2.3 知识工程研究现状13-14
• 1.2.4 轻量化技术研究现状14
• 1.3 本文主要研究内容14-17
• 2 模块化设计及其在桥式起重机中的应用17-25
• 2.1 模块化设计的概念17
• 2.2 模块划分和模块综合17-22
• 2.2.1 模块划分17-19
• 2.2.2 模块综合19-22
• 2.3 模块化技术在桥式起重机中的应用22-24
• 2.3.1 桥式起重机主参数的确定22-23
• 2.3.2 桥式起重机的模块化分23-24
• 2.3.3 桥式起重机的模块综合24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 知识工程及其在轻量化桥式起重机中的应用25-39
• 3.1 知识工程技术25-28
• 3.1.1 知识获取26
• 3.1.2 知识表示26-27
• 3.1.3 知识推理27-28
• 3.2 知识工程在桥式起重机设计中的应用28-36
• 3.2.1 桥架技术方案29
• 3.2.2 主梁设计29-32
• 3.2.3 端梁设计32-35
• 3.2.4 附属结构设计35-36
• 3.3 知识工程在轻量化技术中的应用36-37
• 3.4 知识工程在计算机辅助设计中的应用37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 轻量化技术及其在桥式起重机中的应用39-49
• 4.1 桥式起重机金属结构轻量化目标39
• 4.2 桥式起重机轻量化设计方案39
• 4.3 主梁优化39-45
• 4.3.1 主梁优化设计思路40
• 4.3.2 主梁有限元参数化模型40-42
• 4.3.3 主梁优化数学模型42-44
• 4.3.4 提取优化变量44
• 4.3.5 确定优化方法44
• 4.3.6 主梁优化实例44-45
• 4.4 端梁优化45-48
• 4.4.1 端梁有限元参数化模型45-46
• 4.4.2 端梁优化数学模型46-47
• 4.4.3 提取优化变量和确定优化方法47
• 4.4.4 端梁优化分析实例47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 基于KBE的轻量化桥架模块化系统实例49-54
• 5.1 总体方案设计系统49-50
• 5.2 轻量化设计系统50-51
• 5.3 模块化设计系统51-54
• 结论54-55
• 参考文献55-58
• 附录A 论文中的公式及重要APDL代码58-63
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

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本文编号：819809