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静力学桥式起重机小车架轻量化设计科技

收藏本文 2024-01-16 点赞:19365 浏览:84467 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:轻量化技术是指采取优化结构、优选材料、优选加工策略等方式,减轻机械零部件或整机的质量,以而达到提升产品性能、降低成本、节能减排等综合效益的一项技术。我国生产的桥式起重机大都具有太大的安全系数,这样导致材料浪费,产品结构笨重。本论文以32/160t桥式起重机小车架为探讨对象,结合轻量化设计的基础论述,得出小车架的轻量化设计案例;然后建立了小车架参数化结构模型,通过对模型有限元浅析表明小车架轻量化的可行性和必要性;最后对小车架进行结构拓扑优化,并在优化结果基础上进行了尺寸与形状优化设计,得到小车架轻量化的最终模型。介绍了小车架参数化设计系统,细致的描述了系统所生成的参数化模型各部件的主要尺寸,并在此基础上对模型进行简化处理,然后以单元类型、材料属性到网格划分介绍了小车架有限元模型的建立,最后充分利用Ansys有限元浅析软件对小车架进行了模态浅析和静力学浅析。模态浅析和静力学浅析以整体到局部,对小车架的结果进行浅析比较,为后续优化设计奠定基础。采取均匀化策略,以卷筒梁和组合梁为浅析对象,将其柔度作为优化目标,体积为约束条件进行拓扑优化。探讨拓扑优化设计历程中,以基本模型建立、优化区域选择、优化历程制约及优化结果浅析与运用等不足。然后在得出的拓扑结构的基础上,综合考虑工艺、装配联系等设计要求,对小车架进行了尺寸及形状优化设计,并对每次优化结果进行校核,最后得到了小车架轻量化模型,并对最终模型作了强度、刚度即稳定性校核,实现减重4.1t,减轻的重量占原车架模型重量的20.6%。结果证明减重后的小车架不仅强度和刚度性能满足材料要求,而且安全性能更适应工作环境。实现了拓扑优化在桥式起重机小车架结构设计历程中的运用。有限元计算结果有着误差,但对结构设计案例阶段有很好的指导作用。关键词:小车架论文轻量化设计论文模态浅析论文静力学浅析论文拓扑优化论文

    摘要4-5

    Abstract5-10

    1 绪论10-18

    1.1 引言10

    1.2 课题背景和作用10-12

    1.3 国内外起重机设备及设计策略探讨情况12-15

    1.3.1 起重机轻量化设计策略研发情况12-13

    1.3.2 起重设备轻量化研发情况13-14

    1.3.3 起重机轻量化研发走势及动态14-15

    1.4 论文探讨内容15-16

    1.5 论文结构16-17

    1.6 本章小结17-18

    2 小车架轻量化设计论述基础与总体案例18-27

    2.1 轻量化设计论述基础18-23

    2.1.1 强度与刚度论述18-20

    2.1.2 空间不足的有限元解题策略20-22

    2.1.3 模态浅析基础论述与策略22-23

    2.2 轻量化设计策略与案例23-26

    2.2.1 轻量化设计策略23-24

    2.2.2 小车架轻量化设计案例24-25

    2.2.3 轻量化设计软件25-26

    2.3 本章小结26-27

    3 小车架参数化结构模型及有限元模型的建立27-42

    3.1 160T 小车架介绍27-29

    3.2 有限元计算模型的建立29-41

    3.2.1 小车架参数化结构模型的建立29-39

    3.2.2 有限元模型的建立39-41

    3.3 本章小结41-42

    4 小车架有限元浅析42-62

    4.1 小车架结构模态浅析42-50

    4.1.1 固有频率和模态振型42-49

    4.1.2 结果浅析49-50

    4.2 小车架静力学浅析50-56

    4.2.1 工况浅析及选择50-52

    4.2.2 小车架静力学计算52-56

    4.3 小车架典型部件静力学浅析56-61

    4.3.1 卷筒组梁56-58

    4.3.2 组合梁58-59

    4.3.3 车轮架和端梁59-61

    4.4 本章小结61-62

    5 小车架结构轻量化设计62-84

    5.1 拓扑优化设计数学模型63-65

    5.1.1 优化策略的选择63

    5.1.2 均匀化策略的数学模型63-65

    5.2 小车架结构拓扑优化计算浅析65-70

    5.2.1 拓扑优化计算66

    5.2.2 小车架拓扑优化计算结果浅析66-70

    5.3 小车架尺寸及形状优化设计70-77

    5.3.1 小车架卷筒组梁优化前后比较73-74

    5.3.2 小车架电机梁优化前后比较74

    5.3.3 小车架定滑轮梁优化前后比较74-76

    5.3.4 小车架端梁优化前后比较76-77

    5.3.5 小车架优化前后重量比较77

    5.4 小车架优化后结构校核77-83

    5.4.1 卷筒组梁校核77-80

    5.4.2 定滑轮与电机组合梁校核80-82

    5.4.3 端梁校核82-83

    5.5 本章小结83-84

    6 总结与展望84-86

    6.1 工作总结84-85

    6.2 工作展望85-86

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