本文關鍵詞：類橢圓截面伸縮臂接觸非線性探析及結(jié)構輕量化技術研究

  更多相關文章： 伸縮臂 滑塊 接觸非線性 輕量化 響應面 神經(jīng)網(wǎng)絡 遺傳算法 油缸

【摘要】：當前,鐵路起重機已經(jīng)成為保證鐵路暢通不可或缺的重要裝備,作為鐵路起重機的主要承載構件,伸縮臂的設計合理與否,直接影響起重機的承載能力、整機實用性和安全可靠性。 本文以1700t·m大噸位雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機為研究對象,探析了伸縮臂與滑塊三維摩擦接觸非線性機理,并對伸縮臂結(jié)構輕量化技術進行了研究。主要內(nèi)容如下： (1)基于ANSYS Workbench協(xié)同仿真平臺,完成了一種新型非對稱類橢圓截面伸縮臂的參數(shù)化建模、有限元分析和基于響應面法的MOGAi(多目標遺傳算法)的輕量化設計。分析了常用的試驗設計(DOE)方法、響應面的構建以及基于響應面法的優(yōu)化算法,并深入研究了各輸入與輸出參數(shù)的相關性。研究表明：各節(jié)臂翼緣板厚對其應力影響很大,腹板高度和間距對伸縮臂整體應力影響最大。優(yōu)化后的伸縮臂自重降低了21.09%,輕量化設計頗有成效,為今后大型工程機械結(jié)構優(yōu)化設計提供了新的思路。 (2)面對高度非線性的一種新型對稱類橢圓截面伸縮臂優(yōu)化模型,利用正交試驗法獲取樣本,研究了基于7種不同訓練算法下的BP神經(jīng)網(wǎng)絡對擬合效果的影響。與啟發(fā)式算法相比,采用數(shù)值優(yōu)化算法能獲得更快的收斂速度和更高的網(wǎng)絡精度,其中,Levenberg-Marquardt算法的優(yōu)勢更加突出。最后選取罰函數(shù)法處理約束條件以實現(xiàn)全局搜索,利用LM-BP網(wǎng)絡、遺傳算法對伸縮臂進行尋優(yōu),伸縮臂自重降低了17.92%,大大提高了設計時效性,為解決工程實際中高度復雜的非線性優(yōu)化問題提供了參考。 (3)指出了伸縮臂局部應力的傳統(tǒng)解法之不足,概述了求解接觸問題的數(shù)值方法。創(chuàng)造性地提出考慮伸縮油缸的支撐作用,并正確定義了油缸與伸縮臂之間的約束關系。借助專業(yè)非線性分析軟件ABAQUS,成功建立了伸縮臂與滑塊三維摩擦接觸模型,真實地反映伸縮臂實際工作狀態(tài)；探明了伸縮臂與滑塊接觸區(qū)域附近的應力響應情況。研究表明：伸縮油缸承受了大部分的軸向力,且存在較大轉(zhuǎn)動；本文中滑塊與伸縮臂典型接觸區(qū)域相對摩擦滑動約10mm,釋放接觸面上的節(jié)點自由度更加符合實際。 (4)對比分析了不同截面形式下伸縮臂與滑塊接觸處應力響應情況。研究發(fā)現(xiàn)：復雜的邊界條件使伸縮臂與滑塊接觸處應力分布極度不均；在滑塊邊線或者尖角附近,應力集中現(xiàn)象嚴重,容易產(chǎn)生摩擦磨損,在滑塊棱角處制造圓角可以提高其使用壽命,合適的滑塊寬度有利于增強滑塊承載能力,而增加滑塊長度很難降低局部應力；與多邊形截面伸縮臂相比,類橢圓截面伸縮臂滑塊處應力分布更加均勻,有利于改善接觸區(qū)域受力環(huán)境,提高伸縮臂的局部穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：伸縮臂 滑塊 接觸非線性 輕量化 響應面 神經(jīng)網(wǎng)絡 遺傳算法 油缸
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH218
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 選題背景及工程意義12
• 1.2 有限元技術的發(fā)展12-13
• 1.3 優(yōu)化設計技術13-15
• 1.3.1 傳統(tǒng)優(yōu)化方法13-14
• 1.3.2 響應面法14
• 1.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡14
• 1.3.4 遺傳算法14-15
• 1.3.5 伸縮臂優(yōu)化研究現(xiàn)狀15
• 1.4 接觸非線性問題15-18
• 1.4.1 非線性問題15-16
• 1.4.2 接觸問題的研究及進展16-17
• 1.4.3 滑塊接觸問題研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 論文研究的主要內(nèi)容18-19
• 第2章 基于ANSYS Workbench的伸縮臂輕量化設計19-42
• 2.1 ANSYS Workbench簡介19-20
• 2.2 非對稱類橢圓截面20-21
• 2.3 參數(shù)化幾何模型21-23
• 2.4 伸縮臂靜力學分析23-30
• 2.4.1 材料選擇24
• 2.4.2 網(wǎng)格劃分24-27
• 2.4.3 邊界條件27
• 2.4.4 載荷計算27-29
• 2.4.5 結(jié)果求解及后處理29-30
• 2.5 輕量化設計30-41
• 2.5.1 優(yōu)化數(shù)學模型30-31
• 2.5.2 試驗設計31-33
• 2.5.3 響應面設計33-36
• 2.5.4 參數(shù)相關性36-38
• 2.5.5 優(yōu)化處理38-39
• 2.5.6 結(jié)果分析39-41
• 2.6 本章小結(jié)41-42
• 第3章 基于LM-BP網(wǎng)絡與遺傳算法的伸縮臂結(jié)構優(yōu)化42-70
• 3.1 伸縮臂有限元模型42-43
• 3.1.1 對稱類橢圓截面42-43
• 3.1.2 有限元分析43
• 3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡理論43-49
• 3.2.1 BP學習算法43-49
• 3.2.2 BP算法的不足與改進49
• 3.3 樣本采集49-53
• 3.3.1 正交試驗法49-50
• 3.3.2 正交表設計50-52
• 3.3.3 樣本歸一化52-53
• 3.4 基于MATLAB的BP神經(jīng)網(wǎng)絡設計53-62
• 3.4.1 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構設計53-54
• 3.4.2 標準BP算法54-55
• 3.4.3 附加動量法55-56
• 3.4.4 自適應學習速率法56
• 3.4.5 RPROP法56-57
• 3.4.6 共軛梯度法57-58
• 3.4.7 牛頓法與擬牛頓法58-59
• 3.4.8 Levenberg-Marquardt法59-61
• 3.4.9 網(wǎng)絡測試61-62
• 3.5 遺傳算法的實現(xiàn)62-66
• 3.5.1 參數(shù)編碼與解碼62-63
• 3.5.2 種群規(guī)模及初始化63
• 3.5.3 適應度函數(shù)設計63-64
• 3.5.4 選擇操作64
• 3.5.5 交叉操作64-65
• 3.5.6 變異操作65
• 3.5.7 停止準則65-66
• 3.6 基于LM-BP網(wǎng)絡與遺傳算法伸縮臂結(jié)構優(yōu)化66-69
• 3.6.1 優(yōu)化數(shù)學模型66
• 3.6.2 約束條件處理66-68
• 3.6.3 優(yōu)化結(jié)果分析68-69
• 3.7 本章小結(jié)69-70
• 第4章 類橢圓截面伸縮臂與滑塊三維摩擦接觸機理探析70-88
• 4.1 伸縮臂滑塊處局部應力傳統(tǒng)解法70-72
• 4.2 三維摩擦接觸問題的數(shù)值解法72-76
• 4.2.1 直接迭代法73-74
• 4.2.2 數(shù)學規(guī)劃法74
• 4.2.3 接觸約束法74-76
• 4.3 利用ABAQUS求解非線性問題76-78
• 4.3.1 載荷增量法與弧長法76-77
• 4.3.2 平衡迭代77
• 4.3.3 收斂性77-78
• 4.4 類橢圓截面伸縮臂與滑塊接觸非線性問題關鍵技術研究78-83
• 4.4.1 幾何模型的建立及材料選擇79-80
• 4.4.2 分析步定義及接觸作用設置80
• 4.4.3 網(wǎng)格劃分及載荷和約束施加80-82
• 4.4.4 接觸非線性求解82-83
• 4.5 結(jié)果分析83-86
• 4.6 本章小結(jié)86-88
• 第5章 不同截面伸縮臂與滑塊接觸非線性對比研究88-101
• 5.1 多邊形截面伸縮臂與滑塊接觸非線性研究88-89
• 5.1.1 研究對象88
• 5.1.2 三維摩擦接觸有限元模型88-89
• 5.1.3 考慮接觸非線性的伸縮臂強度剛度校核89
• 5.2 結(jié)果分析89-100
• 5.2.1 截面形式對伸縮臂整體應力的影響89-93
• 5.2.2 截面形式對滑塊應力分布的影響93-98
• 5.2.3 截面形式對伸縮臂局部應力分布的影響98-100
• 5.3 本章小結(jié)100-101
• 結(jié)論101-103
• 致謝103-104
• 參考文獻104-108
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及科研成果108-109

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李學文,徐孜孜;三維摩擦接觸問題的一種混合迭代法[J];北京理工大學學報;2005年02期

2 陳萬吉;用有限元混合法分析彈性接觸問題[J];大連工學院學報;1979年02期

3 王彩華,王成良;汽車起重機箱形伸縮臂的模糊優(yōu)化設計[J];重慶大學學報(自然科學版);1990年06期

4 王欣;黃琳;高媛;王益華;;起重機伸縮臂截面拓撲化探析[J];中國工程機械學報;2007年03期

5 孫在魯,陳佳偉;箱形伸縮臂腹板局部穩(wěn)定臨界應力的計算[J];工程機械;1980年12期

6 紀愛敏;彭鐸;劉木南;;三種工況下大型吊臂的有限元分析[J];工程機械;2006年02期

7 鐘萬勰;彈性接觸問題的變分原理及參數(shù)二次規(guī)劃求解[J];計算結(jié)構力學及其應用;1985年02期

8 李學文,陳萬吉;三維接觸問題的非光滑算法[J];計算力學學報;2000年01期

9 申士林;張仲鵬;陳榮;顧彬;;一種新型起重機吊臂的輕量化設計與研究[J];機械設計與制造;2012年06期

10 柳強;王成恩;;基于Kriging模型的復雜產(chǎn)品管線敷設順序粒子群優(yōu)化[J];機械工程學報;2011年13期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 朱大銘;人工神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構學習算法及問題求解研究[D];中國科學院研究生院（計算技術研究所）;1999年

2 于蘭峰;塔式起重機結(jié)構剛性及動態(tài)優(yōu)化研究[D];西南交通大學;2006年

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本文編號：676555