基于组合近似模型方法的固化桶起吊与转运装置的设计
发布时间：2021-10-19 20:55
智能控制及移动机器人的快速发展,不仅改善人类的生产生活,也拓展人类涉足的领域,避免了极端、高危、辐射、污染工作环境下人体受到危害的风险,也为特种作业及特种加工提供了有效工具。轻量化设计和智能化控制已成为特种作业机器人的研究的热点。本文以核电环境下工作的核废液固化桶起吊及转运装置为研究点,1)首先对装置的工作环境、整体设计和工作原理进行介绍,采用整体质量等效分配和重心叠加估计的方法计算出装置重心坐标,并利用倾覆力矩法对整车的防倾覆力矩进行计算。2)然后利用ANSYS有限元仿真软件对装置车架进行参数化建模,并设计车架在不同工况下的约束条件,对车架进行了有限元仿真计算,以应力和变形最大的扭转工况作为优化目标;3)调用ANSYS中的Design Exploration模块,搭建仿真框架,利用拉丁超立方抽样方法对模型参数进行试验设计,获得参数的相关性,选取出13组对目标函数影响度程度较大的参数,重新进行试验设计,并建立响应面模型,利用负确定系数R2和相对误差值E的值对模型进行验证,对达到要求的模型采用遗传算法进行寻优,获得模型的Pareto前沿及车架最优设计参数。4)为了解决不同近似模型方法的拟...
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统的产品结构设计过程
第1章绪论3图1.2基于响应面优化产品机构设计过程Fig.1.2Optimizationofproductmechanismdesignprocessbasedonresponsesurface本课题来源于中国核动力研究设计院一个工程项目，其项目内容是将存放于狭窄井内的旧中、低放射性固化桶从井内吊出，吊运至屏蔽箱内，最后运输至处理场处理；并将新产生的固化桶分类后放置回井内存放。目前厂区内使用的固化桶取吊装置为厂房吊车，其回取效率低，难度大，消耗时间长，并且在井内起吊过程中固化桶容易掉落。在外运任务繁重的情况下，设计一种高效、稳定、高自动化、协调的固化桶专用装置对提高固化桶的回取效率和安全作业具有重大意义。本文根据固化桶起吊与转运装置主体车架实际工作情况，确定不同工况的载荷边界条件，并对其进行不同工况下的有限元仿真，以刚度和强度为约束条件，在满足设计要求的前提下，建立车架优化的数学模型，利用单一近似模型和组合近似模型优化的方法分别对主体车架进行优化，实现车架重量最小和结构强度较大的目标，为远程移动作业机器人的结构优化提供依据，该技术具有较好的应用前景。1.2国内外研究现状1.2.1固化桶起吊与转运装置结构优化方法研究结构优化方法从20世纪六十世纪开始兴起，随着计算机科学技术和有限元理论方法发展而广泛的应用于工程问题。Schmit等人[6]提出了一种近似模型的概念，将数学规划的方法引入到结构优化的方法后，建立了显示近似模型的优化方法，在机械优化设计领域引起了科研工作者的关注。每一个近似模型具有对应设计空间，一般根据设计空间预测范围的大小，可以将近似模型方法分为，局部函数近似、全局函数近、介于局部近似的中等程度函数三大类[7]，局部函数近似是
第2章固化桶起吊与转运装置的结构设计及分析9第2章固化桶起吊与转运装置的结构设计及分析智能控制及移动机器人的快速发展，不仅改善人类的生产生活，也拓展人类涉足的领域，避免了极端、高危、辐射、污染工作环境下人体受到危害的风险，也为特种作业及特种加工提供了有效工具。固化桶起吊与转运装置作为一个特种设备，其功能设计主要用于核电站内核废液处理厂深井中核废液水泥固化桶的提娶运输和装箱。本章对固化桶起吊与转运装置的整体设计和工作原理进行介绍，并对整车的防倾覆能力分析、液压元件和驱动电机的计算和选型进行介绍，为后续的优化设计提供理论支撑。2.1固化桶起吊与转运装置的工作原理及功能介绍固化桶起吊与转运装置的设计主要是解决目前厂区内固化桶提取难、转运效率低的问题。固化桶结构主要由桶身、上端的法兰盖组成，内部装有水泥固化的核废料，主要存放于厂区内部的深井中，存放环境为低、中放射性环境，人员无法直接进入作业，需要通过固化桶起吊与转运装置对井内部的固化桶进行取吊，转运至厂区外的屏蔽箱内，并运输至西北处理厂进行处理。图1为固化桶起吊与转运装置的工作环境模拟图，图中均匀分布的圆形井口为固化桶存放区，其井内最大深度为12m，井口直径为580mm，固化桶直径为500mm，质量为500Kg。图2.1固化桶起吊与转运装置工作空间模拟示意图Fig.2.1Simulationdiagramoftheworkingspaceoftheliftingandtransferdeviceofthecuringdrum
【参考文献】：
期刊论文
[1]起重机抗倾覆稳定性分析[J]. 张永康. 装备维修技术. 2019(02)
[2]起重机抗倾覆稳定性分析[J]. 张军,崔桐,阎石. 化工管理. 2019(05)
[3]基于响应面模型的白车身多目标轻量化设计[J]. 王震虎,刘开勇,李落星,方向东. 世界制造技术与装备市场. 2018(06)
[4]基于分区间泛化Kriging近似模型的船舶局部结构形状优化[J]. 张干锋,王德禹. 海洋工程. 2018(06)
[5]起重机抗倾覆稳定性分析[J]. 汤尉. 中国设备工程. 2018(16)
[6]径向基函数插值逼近若干问题研究[J]. 齐静,王茜. 河南教育学院学报(自然科学版). 2018(02)
[7]响应面和多目标遗传算法结合的副车架优化[J]. 鲁宜文,王东方,缪小冬,王强. 机械设计与制造. 2018(04)
[8]立式振动磨关键结构参数的多目标优化设计[J]. 张笑,唐敦兵,杨俊,朱海华,张浩. 机械科学与技术. 2018(06)
[9]起重机抗倾覆稳定性分析[J]. 王梅. 中国设备工程. 2017(11)
[10]多项式响应面代理模型在立柱结构优化中的应用[J]. 崔宝珍,孔维娜,马恺. 机械设计. 2017(04)
博士论文
[1]组合近似模型方法研究及其在轿车车身轻量化设计的应用[D]. 潘锋.上海交通大学 2011
[2]基于kriging代理模型的优化设计方法及其在注塑成型中的应用[D]. 高月华.大连理工大学 2009
[3]基于Kriging方法的结构可靠性分析及优化设计[D]. 张崎.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]基于流固耦合与响应面法的储液结构优化分析[D]. 包世刚.武汉科技大学 2019
[2]T型管液压成形加载路径的组合近似模型优化设计[D]. 李东营.吉林大学 2018
[3]响应面法在结构优化应用上的研究[D]. 彭聪聪.上海海洋大学 2017
[4]基于Kriging近似模型的扭力梁结构优化方法研究[D]. 李宁.湖南大学 2017
[5]LPG罐车可靠性设计与轻量化设计研究[D]. 张中正.武汉理工大学 2012
[6]多目标遗传算法中解集分布度保持策略的研究[D]. 邝达.湘潭大学 2006
本文编号：3445587
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统的产品结构设计过程
第1章绪论3图1.2基于响应面优化产品机构设计过程Fig.1.2Optimizationofproductmechanismdesignprocessbasedonresponsesurface本课题来源于中国核动力研究设计院一个工程项目，其项目内容是将存放于狭窄井内的旧中、低放射性固化桶从井内吊出，吊运至屏蔽箱内，最后运输至处理场处理；并将新产生的固化桶分类后放置回井内存放。目前厂区内使用的固化桶取吊装置为厂房吊车，其回取效率低，难度大，消耗时间长，并且在井内起吊过程中固化桶容易掉落。在外运任务繁重的情况下，设计一种高效、稳定、高自动化、协调的固化桶专用装置对提高固化桶的回取效率和安全作业具有重大意义。本文根据固化桶起吊与转运装置主体车架实际工作情况，确定不同工况的载荷边界条件，并对其进行不同工况下的有限元仿真，以刚度和强度为约束条件，在满足设计要求的前提下，建立车架优化的数学模型，利用单一近似模型和组合近似模型优化的方法分别对主体车架进行优化，实现车架重量最小和结构强度较大的目标，为远程移动作业机器人的结构优化提供依据，该技术具有较好的应用前景。1.2国内外研究现状1.2.1固化桶起吊与转运装置结构优化方法研究结构优化方法从20世纪六十世纪开始兴起，随着计算机科学技术和有限元理论方法发展而广泛的应用于工程问题。Schmit等人[6]提出了一种近似模型的概念，将数学规划的方法引入到结构优化的方法后，建立了显示近似模型的优化方法，在机械优化设计领域引起了科研工作者的关注。每一个近似模型具有对应设计空间，一般根据设计空间预测范围的大小，可以将近似模型方法分为，局部函数近似、全局函数近、介于局部近似的中等程度函数三大类[7]，局部函数近似是
第2章固化桶起吊与转运装置的结构设计及分析9第2章固化桶起吊与转运装置的结构设计及分析智能控制及移动机器人的快速发展，不仅改善人类的生产生活，也拓展人类涉足的领域，避免了极端、高危、辐射、污染工作环境下人体受到危害的风险，也为特种作业及特种加工提供了有效工具。固化桶起吊与转运装置作为一个特种设备，其功能设计主要用于核电站内核废液处理厂深井中核废液水泥固化桶的提娶运输和装箱。本章对固化桶起吊与转运装置的整体设计和工作原理进行介绍，并对整车的防倾覆能力分析、液压元件和驱动电机的计算和选型进行介绍，为后续的优化设计提供理论支撑。2.1固化桶起吊与转运装置的工作原理及功能介绍固化桶起吊与转运装置的设计主要是解决目前厂区内固化桶提取难、转运效率低的问题。固化桶结构主要由桶身、上端的法兰盖组成，内部装有水泥固化的核废料，主要存放于厂区内部的深井中，存放环境为低、中放射性环境，人员无法直接进入作业，需要通过固化桶起吊与转运装置对井内部的固化桶进行取吊，转运至厂区外的屏蔽箱内，并运输至西北处理厂进行处理。图1为固化桶起吊与转运装置的工作环境模拟图，图中均匀分布的圆形井口为固化桶存放区，其井内最大深度为12m，井口直径为580mm，固化桶直径为500mm，质量为500Kg。图2.1固化桶起吊与转运装置工作空间模拟示意图Fig.2.1Simulationdiagramoftheworkingspaceoftheliftingandtransferdeviceofthecuringdrum
【参考文献】：
期刊论文
[1]起重机抗倾覆稳定性分析[J]. 张永康. 装备维修技术. 2019(02)
[2]起重机抗倾覆稳定性分析[J]. 张军,崔桐,阎石. 化工管理. 2019(05)
[3]基于响应面模型的白车身多目标轻量化设计[J]. 王震虎,刘开勇,李落星,方向东. 世界制造技术与装备市场. 2018(06)
[4]基于分区间泛化Kriging近似模型的船舶局部结构形状优化[J]. 张干锋,王德禹. 海洋工程. 2018(06)
[5]起重机抗倾覆稳定性分析[J]. 汤尉. 中国设备工程. 2018(16)
[6]径向基函数插值逼近若干问题研究[J]. 齐静,王茜. 河南教育学院学报(自然科学版). 2018(02)
[7]响应面和多目标遗传算法结合的副车架优化[J]. 鲁宜文,王东方,缪小冬,王强. 机械设计与制造. 2018(04)
[8]立式振动磨关键结构参数的多目标优化设计[J]. 张笑,唐敦兵,杨俊,朱海华,张浩. 机械科学与技术. 2018(06)
[9]起重机抗倾覆稳定性分析[J]. 王梅. 中国设备工程. 2017(11)
[10]多项式响应面代理模型在立柱结构优化中的应用[J]. 崔宝珍,孔维娜,马恺. 机械设计. 2017(04)
博士论文
[1]组合近似模型方法研究及其在轿车车身轻量化设计的应用[D]. 潘锋.上海交通大学 2011
[2]基于kriging代理模型的优化设计方法及其在注塑成型中的应用[D]. 高月华.大连理工大学 2009
[3]基于Kriging方法的结构可靠性分析及优化设计[D]. 张崎.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]基于流固耦合与响应面法的储液结构优化分析[D]. 包世刚.武汉科技大学 2019
[2]T型管液压成形加载路径的组合近似模型优化设计[D]. 李东营.吉林大学 2018
[3]响应面法在结构优化应用上的研究[D]. 彭聪聪.上海海洋大学 2017
[4]基于Kriging近似模型的扭力梁结构优化方法研究[D]. 李宁.湖南大学 2017
[5]LPG罐车可靠性设计与轻量化设计研究[D]. 张中正.武汉理工大学 2012
[6]多目标遗传算法中解集分布度保持策略的研究[D]. 邝达.湘潭大学 2006
本文编号：3445587
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