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刮板输送机中部槽的强度分析及优化

作　者: 刘品强
导　师: 刘波
学　校: 河北工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 结构优化设计中部槽拓扑优化均匀化方法 NASTRAN ANSYS
分类号: TD528.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文针对国内外刮板输送机的发展过程及现状,介绍了刮板输送机的基本结构,并分析了目前我国刮板输送机设计中存在的问题。由于中部槽的重量约占刮板输送机总重量的80%,所以对中部槽进行优化就显得尤为重要,本文针对此问题利用参数化尺寸优化的方法,对刮板输送机的中部槽进行了减重分析。首先本文探讨了优化方法的基本理论和原理,介绍了常见的优化方法并研究了其数学模型,重点阐述了均匀化方法的理论和应用。接着根据国内某煤矿机械生产企业提供的资料利用三维绘图软件Pro/E来进行中部槽的实体造型,然后将模型导入PATRAN中用NASTRAN进行强度分析,得到中部槽的应力云图。根据应力结果筛选最恶劣的工况,延用此时的边界条件及载荷,将模型在NASTRAN中进行拓扑分析,由拓扑的单元密度分布云图可以看出中部槽有很大的优化空间。综合考虑应力分析的结果、加工工艺的可行性、以及降低技术改造的成本三个方面,确定优化区域。然后在ANSYS中定义设计变量、状态变量、目标函数,进行参数建模、尺寸优化。最后对优化后的中部槽进行强度校核,结果表明优化后的中部槽满足原工况要求,应力分布更加均匀合理,减轻了重量,节省了材料。本方法降低了企业的生产成本,并为企业的技术改革提供了参考数据。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-14
  §1-1 刮板输送机概述  8-11
    1-1-1 常见的刮板输送机基本结构  8-9
    1-1-2 国内、外刮板输送机的发展状况  9
    1-1-3 我国刮板输送机的使用现状  9-10
    1-1-4 刮板输送机优缺点  10-11
  §1-2 本课题研究的意义与方法  11
    1-2-1 本课题研究的意义  11
    1-2-2 本课题的研究方法  11
  §1-3 本课题的主要研究内容  11-14
第二章结构优化理论概述  14-29
  §2-1 有限元单元法简介  14-17
    2-1-1 有限单元法的发展概述  14
    2-1-2 有限单元法的基本概念  14-15
    2-1-3 有限单元法的分析过程  15-17
    2-1-4 有限单元法解决实际问题的特点  17
  §2-2 结构优化设计  17-21
    2-2-1 结构优化设计的基本概念  17-18
    2-2-2 结构优化设计的数学模型  18-20
    2-2-3 结构优化设计的分类  20-21
  §2-3 拓扑理论的概述  21-24
    2-3-1 拓扑的概念  21-22
    2-3-2 拓扑优化的方法与步骤  22-23
    2-3-4 结构拓扑优化的研究进展  23
    2-3-5 连续体结构拓扑优化分类  23-24
  §2-4 均匀化方法  24-28
    2-4-1 均匀化方法的概念  24-25
    2-4-2 利用均匀化方法进行拓扑分析的一般过程  25-26
    2-4-3 均匀化方法的应用  26-28
  §2-5 参数化尺寸优化方法简介  28-29
第三章中部槽的几何实体建模  29-35
  §3-1 Pro/Engineer 概述  29-31
    3-1-1 Pro/Engineer 软件介绍  29-30
    3-1-2 Pro/Engineer 软件的主要特征  30
    3-1-3 软件Pro/Engineer 的建模特点  30-31
  §3-2 中部槽的实体建模  31-35
    3-2-1 中部槽的构造  31-32
    3-2-2 中部槽造型要点  32-33
    3-2-3 中部槽实体建模过程  33-35
第四章中部槽的强度计算  35-49
  §4-1 MSC.NASTRAN 和MSC.PATRAN 概述  35-39
    4-1-1 MSC.PATRAN 概述  35-36
    4-1-2 MSC.Patran 的一般使用流程  36
    4-1-3 MSC.NASTRAN 概述  36-39
  §4-2 中部槽有限元模型的建立  39-46
    4-2-1 中部槽的有限元模型的建立  40
    4-2-2 中部槽实体模型的网格划分  40-41
    4-2-3 中部槽实体模型的材料属性  41
    4-2-4 实体有限元分析约束和载荷的确定  41-46
  §4-3 中部槽的强度计算  46-49
    4-3-1 屈服准则  46-47
    4-3-2 中部槽的强度分析  47-49
第五章中部槽的优化  49-59
  §5-1 中部槽的拓扑分析  49-52
    5-1-1 推溜工况下拓扑分析  49-50
    5-1-2 拉架工况下拓扑分析  50-52
  §5-2 中部槽优化部位的确定  52-53
  §5-3 中部槽的尺寸优化  53-57
    5-3-1 ANSYS 的优化功能简介  53
     5-3-2 尺寸优化的一些基本定义  53-54
    5-3-3 ANSYS 优化步骤  54-55
    5-3-4 中部槽的尺寸优化  55-57
  §5-4 模型优化结果的强度校核  57-59
第六章结论与展望  59-61
参考文献  61-64
附录 A  64-68
附录 B  68-72
致谢  72

刮板输送机中部槽的强度分析及优化

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