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大型牙轮钻机履带架结构优化设计研究

发布时间:2017-10-18 02:49

  本文关键词:大型牙轮钻机履带架结构优化设计研究


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【摘要】:履带行走装置不仅承载能力大、接地比压小,而且对土壤有较强附着能力,被广泛应用在工程机械领域。履带架作为履带行走装置的关键部件,同时起着支承与连接作用,关系着整机的行走性能,而且其重量及制造成本所占比重较大,因此,有必要对履带架结构进行优化。目前对于履带架的设计方法主要是以同类产品为蓝本进行初步设计,再通过有限元法对结构性能进行校核,根据有限元计算结果对不满足性能要求的地方进行改进直到满足要求,按这种思路设计出来的履带架其结构形式基本固定,设计过程需要不断进行繁杂的重复性工作,而且未必能够找到最优的履带架结构。本文结合拓扑优化及尺寸优化方法优化履带架结构。首先基于履带架结构的性能要求找到履带架设计域内材料的最佳分布形式,获得最优的载荷传递路径,并在此基础上对拓扑优化后的履带架结构进行尺寸优化,最大限度地提高材料利用率,在保证结构性能的前提下获得更加合理、轻量化的履带架结构。论文主要研究内容如下:(1)介绍牙轮钻机履带行走装置结构特点,在多体系统仿真软件Recur Dyn中建立履带行走装置的虚拟样机模型,并进行动力学仿真,分析履带装置的行走性能,基于动力学仿真结果,分析水平匀速直线行驶、单侧制动转向及爬坡三种典型工况下履带架的受力情况,为后续履带架结构优化做准备。(2)针对牙轮钻机履带架的结构特点,确定拓扑优化方案,在优化软件Opti Struct中建立履带架拓扑优化的有限元模型,以设计域的单元相对密度为设计变量,以总体应变能最小为目标,完成单工况下履带架拓扑优化。(3)基于单工况优化参数的设置,求解履带架多工况优化模型,得到履带架设计域的最优材料分布形式,并基于拓扑优化结果重新建立履带架模型,为后续履带架结构的尺寸优化提供合理的初始条件。(4)以基于拓扑优化结果建立的履带架结构为研究对象,以履带架关键部件板厚为设计变量,以履带架体积最小化为目标进行尺寸优化,综合3种工况下的优化结果确定板厚值。(5)基于拓扑优化及尺寸优化的最终结果,建立优化后履带架模型,并通过静力学分析与模态分析来研究优化前后履带架结构的力学性能及动态特性。
【关键词】:履带架 动力学仿真 拓扑优化方法 尺寸优化 静力学分析
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TD421.3
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-9
  • 第1章 绪论9-15
  • 1.1 牙轮钻机简要介绍9-10
  • 1.2 结构优化方法研究现状10-12
  • 1.3 论文研究目的和意义12-13
  • 1.4 论文主要研究内容13-15
  • 第2章 基于动力学仿真的履带架受力分析15-39
  • 2.1 牙轮钻机履带行走装置结构特点15-17
  • 2.2 RecurDyn建立履带行走装置虚拟样机17-22
  • 2.3 典型工况下履带装置动力学仿真22-38
  • 2.3.1 水平匀速直线行驶工况22-30
  • 2.3.2 单侧制动转向工况30-34
  • 2.3.3 爬坡工况34-38
  • 2.4 本章小结38-39
  • 第3章 多载荷工况下履带架拓扑优化39-53
  • 3.1 拓扑优化软件HyperWorks介绍39-40
  • 3.2 优化方案的确定及优化模型的建立40-44
  • 3.2.1 履带架拓扑优化方案确定40-41
  • 3.2.2 拓扑优化模型的建立41-44
  • 3.3 单一工况履带架拓扑优化44-48
  • 3.3.1 水平匀速直线行驶工况履带架优化结果分析44-46
  • 3.3.2 转弯工况外侧履带架优化结果分析46-47
  • 3.3.3 爬坡工况履带架优化结果分析47-48
  • 3.4 多工况下履带架拓扑优化48-52
  • 3.4.1 多目标优化方法48-49
  • 3.4.2 多工况下履带架拓扑优化49-51
  • 3.4.3 基于拓扑优化结果重建履带架模型51-52
  • 3.5 本章小结52-53
  • 第4章 基于拓扑优化结果的履带架尺寸优化53-65
  • 4.1 基于拓扑优化结果的履带架尺寸优化53-57
  • 4.1.1 尺寸优化模型的建立53-55
  • 4.1.2 尺寸优化结果分析55-57
  • 4.2 优化前后履带架结构的静态、动态特性分析57-63
  • 4.2.1 履带架结构强度、刚度对比分析58-61
  • 4.2.2 优化后履带架结构的模态分析61-63
  • 4.3 本章小结63-65
  • 第5章 结论与展望65-67
  • 5.1 结论65-66
  • 5.2 展望66-67
  • 参考文献67-71
  • 作者简介及科研经历71-72
  • 致谢72

【参考文献】

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本文编号:1052529

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