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大型薄壁件运输夹具的设计方法研究

作　者: 张贤凯
导　师: 项忠霞
学　校: 天津大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 运输夹具可靠性分析海浪模拟有限元分析
分类号: TG75
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以某大型飞机部件的运输夹具为研究对象,结合我国航空航天领域的发展需求,根据国内企业生产制造该类夹具的实际情况,应用可靠性理论,对夹具进行可靠性分析;借助ADAMS和ANSYS Workbench软件对夹具进行建模、运动模拟仿真和应力应变分析。在此基础上,概括总结出大型薄壁件运输夹具设计过程中的一些基本原则,为我国该类夹具的自主设计提供了一定的理论指导和相关参考。全文主要研究内容和结论如下:1.利用故障模式、影响及危害性分析(FMECA)方法,针对运输夹具零部件的选材、焊接和机加工环节进行了详细的可靠性分析:填写了FMECA分析表,完成了危害性矩阵分析。分析结果表明:夹具制造过程中对夹具功能危害性最大的是焊接环节,因此应对焊接环节给予高度重视,制定详细的焊接工艺,对焊接人员进行严格的技术培训,把人为因素的影响降到最低,以保证该环节的可靠性。2.利用CATIA和ADAMS软件建立了机头—运输夹具系统动力学模型;根据海浪谱理论,在ADAMS软件中实现了该系统在海上运输过程中的动力学仿真,从而得到了夹具关键零部件上所受的载荷情况。结果表明:不同波高下,夹具上所选测量点所受载荷的均方根值相差不大,等于船舶在平衡位置所受的静力;不同波高下,夹具上所选测量点所受载荷的最大值相差比较大。该结论可为飞机夹具运输条件的选择提供了一定的参考依据。3.以动力学仿真实验中获得的最大载荷作为力的边界条件,利用ANSYS Workbench分析了运输夹具中关键零部件的应力与变形,将有限元分析数据与现有运输夹具所选材料力学性能参数进行比较并对零部件进行了疲劳强度分析。从结果中可以看出:为了保证大型薄壁结构件运输的安全性,运输夹具的前支撑和后支撑要有足够的刚度并给定较大的安全系数。该结论可为大型薄壁件运输夹具设计材料和设计参数的选择提供一定的参考依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题研究背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-14
    1.2.1 夹具设计方面  9-10
    1.2.2 可靠性分析方面  10-12
    1.2.3 海浪模拟方面  12-13
    1.2.4 力学分析方面  13-14
  1.3 本文主要内容  14-15
第二章典型部件运输夹具的可靠性分析  15-26
  2.1 引言  15
  2.2 可靠性工程技术简介  15-16
  2.3 运输夹具的可靠性模型建立  16-17
    2.3.1 基本可靠性模型的建立  16-17
    2.3.2 任务可靠性模型的建立  17
  2.4 夹具可靠性分析  17-25
    2.4.1 可靠性分析方法的选择  17-18
    2.4.2 运输夹具的FMECA 分析  18-25
      2.4.2.1 系统定义  18
      2.4.2.2 约定层次  18-19
      2.4.2.3 严酷度类别定义  19-20
      2.4.2.4 故障模式的发生概率定义  20-21
      2.4.2.5 填写FMECA 表  21-24
      2.4.2.6 危害性矩阵分析  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章机头-运输夹具系统动力学建模与仿真  26-56
  3.1 引言  26
  3.2 ADAMS 简介  26-28
    3.2.1 ADAMS 软件主要模块  26-27
    3.2.1 ADAMS 软件理论基础  27-28
  3.3 机头—运输夹具系统多刚体动力学建模  28-36
    3.3.1 机头—运输夹具系统三维模型的建立  28-31
    3.3.2 机头—运输夹具系统动力学建模  31-36
      3.3.2.1 CATIA 模型导入到ADAMS 中  31-33
      3.3.2.2 在ADAMS 中施加约束  33-36
  3.4 海浪模型的建立  36-47
    3.4.1 随机海浪理论  36-38
    3.4.2 海浪谱密度表达式  38-39
    3.4.3 船舶在海浪中的摇荡振动  39-43
    3.4.4 海浪摇荡振动的模拟  43-47
  3.5 机头—运输夹具系统动态仿真及结果分析  47-55
    3.5.1 添加驱动  47
    3.5.2 仿真结果及分析  47-55
  3.6 本章小结  55-56
第四章运输夹具关键部件有限元分析  56-65
  4.1 引言  56
  4.2 有限元技术简介  56-58
    4.2.1 有限元基本思想  56-57
    4.2.2 有限元法求解基本步骤  57-58
  4.3 运输夹具关键零部件有限元分析  58-63
    4.3.1 前支撑主体应力及变形分析  59-60
    4.3.2 后支撑主体应力及变形分析  60-61
    4.3.3 后支撑末端应力及变形分析  61-63
  4.4 关键零部件疲劳强度分析  63-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章全文结论  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 工作展望  66-67
参考文献  67-71
发表论文和参加科研情况说明  71-72
附录A 横摇运动谱和横摇角程序  72-73
致谢  73

大型薄壁件运输夹具的设计方法研究

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