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液压挖掘机动臂动力数值仿真研究及优化设计

作　者: 朱奇
导　师: 朱福民；李自光
学　校: 长沙理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 动臂 Pro/MECHANICA软件 有限元法 动力数值仿真 优化设计
分类号: TU621
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 361次
引　用: 7次
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内容摘要


动臂是挖掘机的关键部件,也是主要承力部件。在施工过程中,动臂常常受到复杂的瞬态冲击载荷,造成其结构出现裂纹或强度、刚度超出范围,而动臂强度、刚度是否满足要求将直接影响挖掘机的工作安全。因此,很好的全面了解动臂在工作过程中承载时的应力、应变水平、振动频率和刚度、强度分布情况,发现薄弱环节和过剩部分,然后在此基础上对动臂进行优化设计,对于我们改进动臂结构具有十分重要的作用。本论文出于新型挖掘机研发的需要,以韩国“现代”某型号挖掘机动臂为研究对象,以有限元和机械动力学为理论基础,利用Pro/MECHANICA和ANSYS对挖掘机动臂结构进行动力数值仿真研究及优化设计。主要研究工作如下:(1)根据挖掘机动臂的实际结构尺寸,利用三维建模软件Pro/ENGINEER建立动臂的实体模型。(2)利用Pro/MECHANIACA对动臂在不同工况下进行强度校核。(3)利用Pro/MECHANIACA和ANSYS对动臂进行模态分析、瞬态动力学分析和谐响应分析,得到其固有频率和振型,分析出动臂在瞬态激励下的应力应变情况,得到可靠的分析参数。(4)对挖掘机动臂进行应力应变及振动测试试验得出数据,与有限元分析数据相比较,验证有限元分析的可靠度,得出相应的结论。(5)利用Pro/MECHANIACA对动臂模型进行灵敏度分析和优化设计,得到优化模型。随着计算机技术和数值分析方法的发展,有限元法在结构分析中得到广泛应用,取得了令人瞩目的成果,已成为现代机械产品设计的一个重要工具。在工程机械的有限元分析中,一般较多利用ANSYS或其他常用有限元软件,而利用Pro/MECHANICA的比较少,特别是将Pro/MECHANICA和ANSYS两种软件结合起来分析的,更是不多见,本文做了一个较好的尝试。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-22
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 结构数值仿真技术的发展现状和趋势  12-13
  1.3 有限元分析法及软件简介  13-18
    1.3.1 有限元法简介  13-14
    1.3.2 有限元法在工程机械中的应用  14-15
    1.3.3 ANSYS 和Pro/MECHANICA 的特点  15-18
  1.4 本课题研究现状与发展动态  18-19
  1.5 研究内容、目的及意义  19-22
第二章 挖掘机动臂强度数值分析  22-37
  2.1 动臂模型的建立  22-24
  2.2 定义材料属性  24
  2.3 动臂的有限元网格划分  24-28
    2.3.1 薄壳模型简介  24-25
    2.3.2 应用薄壳模型的步骤  25-28
  2.4 动臂施加约束、载荷  28-34
    2.4.1 不同工况姿态的选取  28-30
    2.4.2 不同工况下动臂的受力分析  30-34
  2.5 计算结果与分析  34-36
  2.6 结论与建议  36-37
第三章 挖掘机动臂动力数值仿真分析  37-57
  3.1 动力学分析的理论基础  37-42
    3.1.1 动力学问题的特点  37-38
    3.1.2 动力学问题的研究策略与方法  38-39
    3.1.3 结构模态分析  39-40
    3.1.4 结构动力响应分析的有限元法  40-42
  3.2 挖掘机动臂模态分析  42-50
    3.2.1 模态分析的两种方法  42-44
    3.2.2 动臂有限元模态分析  44-49
    3.2.3 结论与建议  49-50
  3.3 挖掘机动臂瞬态动力学分析  50-54
    3.3.1 动臂结构的瞬态分析及响应曲线  51-54
    3.3.2 结论与建议  54
  3.4 挖掘机动臂谐响应分析  54-57
    3.4.1 动臂结构的谐响应分析及响应曲线  54-56
    3.4.2 结论与建议  56-57
第四章 挖掘机动臂应力应变及动态测试试验  57-72
  4.1 引言  57
  4.2 实验仪器及工作原理  57-60
    4.2.1 实验仪器组成  57-58
    4.2.2 DH5937 动态应变测试系统工作原理  58-59
    4.2.3 DH5938 振动测试系统工作原理  59-60
    4.2.4 DHDAS 信号测试分析系统软件的安装  60
  4.3 动臂应力应变测试  60-66
    4.3.1 应变测点布置  60-62
    4.3.2 动臂测试工况选定  62
    4.3.3 动臂应力应变测试  62-64
    4.3.4 测试结果及分析  64-66
  4.4 动臂动态测试  66-72
    4.4.1 振动测试基本原理  66-68
    4.4.2 动臂振动测试结果及分析  68-70
    4.4.3 有限元模态结果与试验模态结果对比分析  70-72
第五章 挖掘机动臂优化设计  72-82
  5.1 PRO/MECHANICA 优化功能  72-75
    5.1.1 灵敏度分析概述  72-73
    5.1.2 优化设计理论  73-75
  5.2 动臂结构参数灵敏度分析  75-80
    5.2.1 设计参数选取  75-76
    5.2.2 局部灵敏度分析  76-78
    5.2.3 全局灵敏度分析  78-80
  5.3 动臂优化设计  80
  5.4 优化结果及经济效益  80-82
结论和展望  82-84
  1 结论  82-83
  2 展望  83-84
参考文献  84-88
致谢  88-89
附录  89

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑施工机械和设备 > 土工机械、挖掘机械 > 挖掘机
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