本文關(guān)鍵詞：大噸位雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機三節(jié)伸縮臂截面優(yōu)化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：起重機如今向著大噸位和大起升高度的趨勢發(fā)展,吊臂作為鐵路救援起重機的主要受力構(gòu)件,其設(shè)計合理與否,直接影響著整機的起重性能。 本文基于多軟件對大噸位(160t)雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機三節(jié)伸縮臂進行優(yōu)化研究,采用OptiStruct對伸縮臂截面進行拓撲優(yōu)化概念設(shè)計,基于Workbench進行幾何建模、有限元分析及尺寸優(yōu)化。主要內(nèi)容如下： (1)闡述了國內(nèi)外鐵路起重機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,對比介紹了幾種常見的吊臂截面型式。根據(jù)起重機伸縮臂的工作要求,進行了伸縮臂的總體方案設(shè)計及其相關(guān)計算,為其優(yōu)化研究提供依據(jù)。 (2)基于Solidworks建模、Hypermesh劃分網(wǎng)格及OptiStruct拓撲優(yōu)化,逐步分析優(yōu)化得到三節(jié)伸縮臂的較理想的大圓角矩形截面。過程中采用啟發(fā)式算法推導了最小柔度下的拓撲優(yōu)化問題,以體積分數(shù)為約束,將最小柔度作為優(yōu)化目標,以矩形截面為初始截面,取三節(jié)臂頭部危險截面附近失穩(wěn)半波段建立拓撲優(yōu)化模型,基于SIMP方法逐步進行拓撲優(yōu)化。研究表明：參數(shù)的合理設(shè)置是獲得理想的拓撲結(jié)果的關(guān)鍵,體積分數(shù)取0.35、單元尺寸取25mm較理想；不同載荷作用于伸縮臂的主要承載位置不同,彎矩主要作用于伸縮臂的上下翼緣板,軸向力主要作用于伸縮臂四周環(huán)形區(qū)域上。拓撲優(yōu)化得到的大圓角矩形截面,適合于大噸位鐵路起重機伸縮臂,證明了將拓撲優(yōu)化技術(shù)應用到起重機三節(jié)伸縮臂的截面優(yōu)化概念設(shè)計是可行的,為起重機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了新思路。 (3)采用大圓角矩形截面型式,對各節(jié)臂進行截面尺寸設(shè)計,計算三節(jié)伸縮臂在變幅平面及旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的載荷,基于Workbench進行幾何建模及有限元分析,計算及校核各節(jié)臂的強度、剛度及整體穩(wěn)定性,并對比分析了大圓角矩形截面與矩形截面在同等條件下的力學性能。研究表明：大圓角矩形截面的設(shè)計合理可行,其力學性能優(yōu)于傳統(tǒng)的矩形截面,各節(jié)臂所受應力有較大富余,伸縮臂結(jié)構(gòu)可進一步優(yōu)化。 (4)以三節(jié)伸縮臂各節(jié)臂上、下翼緣板及兩側(cè)腹板的板厚為設(shè)計變量,設(shè)置最大應力與總體最大變形的約束條件,將伸縮臂整體質(zhì)量最輕作為優(yōu)化目標,進行尺寸優(yōu)化。優(yōu)化過程中探討了各節(jié)臂板厚對輕量化設(shè)計的影響以及對最大應力、最大變形的靈敏度。優(yōu)化后的三節(jié)伸縮臂各板厚明顯減小,結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求,很好的實現(xiàn)了優(yōu)化目標。
【關(guān)鍵詞】：三節(jié)伸縮臂 拓撲優(yōu)化 大圓角矩形 SIMP方法 有限元分析 尺寸優(yōu)化
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH218
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景及意義11
• 1.2 我國鐵路發(fā)展狀況及趨勢11-13
• 1.3 鐵路起重機國內(nèi)、外發(fā)展狀況13-15
• 1.3.1 國外鐵路起重機發(fā)展狀況13-14
• 1.3.2 國內(nèi)鐵路起重機發(fā)展狀況14-15
• 1.4 鐵路起重機吊臂的截面型式15-16
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 伸縮臂方案及其相關(guān)計算17-23
• 2.1 吊臂伸縮方案17-18
• 2.2 伸縮臂主要技術(shù)參數(shù)18-19
• 2.3 載荷組合19
• 2.4 載荷系數(shù)計算19
• 2.5 伸縮臂長度尺寸19-21
• 2.6 工況設(shè)計21
• 2.7 材料選用21-22
• 2.8 小結(jié)22-23
• 第3章 伸縮臂截面拓撲優(yōu)化研究23-43
• 3.1 拓撲優(yōu)化技術(shù)介紹23-24
• 3.2 伸縮臂截面拓撲優(yōu)化模型的建立24-28
• 3.2.1 伸縮臂結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化問題的闡述24-25
• 3.2.2 拓撲優(yōu)化方法25-28
• 3.2.3 伸縮臂截面拓撲優(yōu)化數(shù)學模型的建立28
• 3.3 伸縮臂三維有限元模型28-30
• 3.3.1 模型選取28
• 3.3.2 模型載荷計算28-30
• 3.3.3 模型邊界條件30
• 3.4 伸縮臂截面拓撲優(yōu)化分析30-42
• 3.4.1 矩形截面拓撲優(yōu)化示例31-37
• 3.4.2 不同參數(shù)下的矩形截面拓撲優(yōu)化37-40
• 3.4.3 不同截面拓撲優(yōu)化40-42
• 3.5 小結(jié)42-43
• 第4章 伸縮臂建模及有限元分析43-59
• 4.1 伸縮臂截面尺寸設(shè)計43-45
• 4.2 伸縮臂實體建模45-46
• 4.3 載荷計算46-49
• 4.4 有限元分析49-54
• 4.4.1 有限元分析前處理49-50
• 4.4.2 靜力學分析50-54
• 4.5 校核54-56
• 4.5.1 強度校核54-55
• 4.5.2 剛度校核55-56
• 4.5.3 整體穩(wěn)定性校核56
• 4.6 結(jié)果分析56-58
• 4.7 小結(jié)58-59
• 第5章 伸縮臂有限元優(yōu)化59-71
• 5.1 優(yōu)化模型建立59-60
• 5.1.1 設(shè)計變量59-60
• 5.1.2 目標函數(shù)60
• 5.1.3 約束條件60
• 5.2 優(yōu)化設(shè)計過程60-70
• 5.2.1 優(yōu)化設(shè)計流程60-61
• 5.2.2 試驗設(shè)計61-65
• 5.2.3 響應面設(shè)計65-68
• 5.2.4 優(yōu)化結(jié)果68-70
• 5.3 小結(jié)70-71
• 結(jié)論與展望71-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-77
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文77

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：大噸位雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機三節(jié)伸縮臂截面優(yōu)化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：332965