發(fā)布時間：2017-09-05 23:02

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方式機(jī)械部件的離散元法分析方法研究

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【摘要】：在設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，傳統(tǒng)的機(jī)械部件設(shè)計(jì)是通過反復(fù)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、修改設(shè)計(jì)過程來得到想要的結(jié)果，這樣既費(fèi)時又費(fèi)力，而且不一定能夠達(dá)到理想的目標(biāo)。而采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)將機(jī)械部件的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)仿真平臺上，不僅能夠解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足，還使機(jī)械部件的設(shè)計(jì)和制造有了一定的科學(xué)依據(jù)。 然而，對于機(jī)械部件工作過程的仿真，由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在大量顆粒材料，如農(nóng)作物種子、粒狀肥料、藥物顆粒等，采用連續(xù)介質(zhì)動力學(xué)方法不能很好的分析顆粒的運(yùn)動狀況。離散元法是在20世紀(jì)70年代末由Cundall提出的，并且已經(jīng)成為一種通用的研究顆粒群體動力學(xué)問題的方法。離散元法的基本思想是，把顆粒群體簡化成具有一定形狀和質(zhì)量的顆粒集合，然后賦予接觸的各個顆粒之間以及顆粒和邊界之間某種接觸力學(xué)模型和模型中的參數(shù)，用以考慮顆粒和顆粒之間及顆粒和邊界之間的接觸作用，顆粒與邊界的不同物理性質(zhì)。離散元法可以通過不同的接觸力學(xué)模型分析不同的過程，使其在不同研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 在進(jìn)行離散元法分析時，除了需要建立顆粒材料模型外，還需要建立機(jī)械部件的離散元法分析模型。但是至今在離散元法分析方法中對邊界建模的關(guān)注還是比較少，主要集中在顆粒的幾何模型和接觸力模型等相關(guān)方面。為此，本文在課題組研究的基于Pro/E軟件建立邊界的離散元法分析模型基礎(chǔ)上，研究在UG環(huán)境下建立邊界分析模型的方法，同時，重點(diǎn)探索了關(guān)于復(fù)雜運(yùn)動方式機(jī)械部件的離散元法分析方法。 對于邊界CAD模型中的基本圖形，如平面、球面、圓柱面和圓錐面等，它們可由初等解析函數(shù)來表示，只要根據(jù)這種圖形的幾何特性，就可以建立其邊界模型。而復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械部件的邊界無法用初等解析函數(shù)來表示，本文應(yīng)用UG軟件二次開發(fā)中的UG/OPEN開發(fā)工具，采用基于AFT(Advancing Front Technique，，推進(jìn)波前法)的直接法對復(fù)雜曲面進(jìn)行網(wǎng)格剖分，以此為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的機(jī)械部件建立離散元法分析模型。 由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械部件，除了簡單的運(yùn)動方式如平動、轉(zhuǎn)動及平動和轉(zhuǎn)動的復(fù)合運(yùn)動外，往往還會有復(fù)雜的運(yùn)動方式參與其中，這種復(fù)雜的運(yùn)動方式在機(jī)械中都是必不可少的。但是復(fù)雜運(yùn)動方式的計(jì)算仿真卻不能像簡單運(yùn)動方式那樣，直接用簡單的數(shù)學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動規(guī)律。為此，本文采用多剛體系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)分析方法，來建立復(fù)雜運(yùn)動方式機(jī)械部件的分析模型，通過線性及非線性的數(shù)值分析計(jì)算得到運(yùn)動過程的數(shù)據(jù)，并結(jié)合OpenGL三維圖形庫實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動方式機(jī)械部件的仿真，然后根據(jù)課題組研究的離散元法分析技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動方式機(jī)械部件的離散元法計(jì)算仿真。目前，對于復(fù)雜運(yùn)動方式機(jī)械部件的離散元法分析方法的研究在國內(nèi)外還未見報(bào)導(dǎo)。 本文在上述理論和方法及本課題組的研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)計(jì)需求，根據(jù)軟件設(shè)計(jì)流程，開發(fā)了基于不同CAD軟件模型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械部件的離散元法分析建模軟件，以及根據(jù)多剛體系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)分析方法設(shè)計(jì)了復(fù)雜運(yùn)動方式機(jī)械部件的離散元法計(jì)算仿真功能。同時，給出了程序編寫過程中有代表性的測試用例，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)邊界的離散元法分析模型及復(fù)雜運(yùn)動方式邊界的離散元法分析進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證，進(jìn)一步證明了軟件的正確性、可行性及有效性。 綜上所述，本文建立的離散元法邊界建模方法具有一定通用性，能夠方便的為不同的復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械部件建立離散元法分析模型，而設(shè)計(jì)的復(fù)雜運(yùn)動方式的離散元法計(jì)算仿真功能有了較好的效果，接近實(shí)際結(jié)果，初步證明本文建立的方法和開發(fā)的軟件是實(shí)際可行的。
【關(guān)鍵詞】：計(jì)算機(jī)仿真 離散元法 UG/OPEN AFT 多剛體系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP391.7;TH122
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 課題的提出及意義12-13
• 1.2 有限元網(wǎng)格生成算法發(fā)展及研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 多剛體系統(tǒng)動力學(xué)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 本文的主要工作15-17
• 第2章 復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械部件的離散元法邊界建模方法17-36
• 2.1 引言17
• 2.2 基于 AFT 的網(wǎng)格生成方法簡介17-19
• 2.2.1 AFT 的基本概念17-18
• 2.2.2 基于 AFT 的網(wǎng)格生成算法描述18-19
• 2.3 UG 二次開發(fā)在機(jī)械部件建模中的應(yīng)用19-20
• 2.3.1 二次開發(fā)工具 UG/OPEN19-20
• 2.3.2 MFC 在 UG 二次開發(fā)中的應(yīng)用方法20
• 2.4 基于 UG 軟件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械部件的邊界建模方法20-26
• 2.4.1 UG 實(shí)體模型的自動識別及讀取20-21
• 2.4.2 網(wǎng)格生成的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)21-23
• 2.4.3 運(yùn)動屬性和材料特性的添加23
• 2.4.4 建模方法流程23-26
• 2.5 網(wǎng)格的優(yōu)化和加密處理26-27
• 2.5.1 網(wǎng)格的優(yōu)化26-27
• 2.5.2 全局網(wǎng)格的加密27
• 2.6 邊界建模方法的擴(kuò)展和改進(jìn)27-35
• 2.6.1 流固耦合時邊界提取27-30
• 2.6.2 復(fù)雜運(yùn)動方式邊界提取30-32
• 2.6.3 輸送機(jī)邊界的提取32-33
• 2.6.4 幾種功能的改進(jìn)和添加33-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第3章 復(fù)雜運(yùn)動方式機(jī)械部件的離散元法分析方法36-51
• 3.1 引言36
• 3.2 平面多剛體系統(tǒng)描述36-37
• 3.3 復(fù)雜運(yùn)動方式機(jī)械部件的運(yùn)動學(xué)分析37-45
• 3.3.1 運(yùn)動學(xué)分析原理37-39
• 3.3.2 各類約束方程的建立39-43
• 3.3.3 約束方程的組集43-45
• 3.4 多剛體系統(tǒng)求解過程45-46
• 3.5 離散元法與多剛體動力學(xué)方法的耦合46-50
• 3.5.1 復(fù)雜運(yùn)動邊界的位置及速度更新46-48
• 3.5.2 顆粒與邊界的相對位移48-49
• 3.5.3 復(fù)雜運(yùn)動邊界的仿真實(shí)現(xiàn)49-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 第4章 軟件的需求分析與設(shè)計(jì)51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 需求分析51-54
• 4.2.1 需求陳述51-52
• 4.2.2 系統(tǒng)行為模型的建立52-54
• 4.3 軟件總體設(shè)計(jì)54-58
• 4.3.1 對象模型的建立54-56
• 4.3.2 功能模型的建立56-58
• 4.4 軟件中關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)58-62
• 4.4.1 網(wǎng)格劃分中閉合曲面的處理方法58-59
• 4.4.2 復(fù)雜運(yùn)動方式的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)59-60
• 4.4.3 多剛體計(jì)算結(jié)果的文件讀寫60-61
• 4.4.4 復(fù)雜運(yùn)動的離散元法計(jì)算61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第5章 軟件測試與實(shí)例驗(yàn)證63-81
• 5.1 引言63
• 5.2 復(fù)雜結(jié)構(gòu)邊界建模軟件的功能測試63-70
• 5.2.1 復(fù)雜邊界的提取測試63-65
• 5.2.2 網(wǎng)格優(yōu)化和網(wǎng)格加密的測試65-67
• 5.2.3 擴(kuò)展功能的提取測試67-70
• 5.3 復(fù)雜運(yùn)動方式的離散元法計(jì)算仿真軟件的測試70-80
• 5.3.1 靜止篩面的測試70-72
• 5.3.2 復(fù)雜運(yùn)動邊界運(yùn)動過程的測試72-78
• 5.3.3 復(fù)雜運(yùn)動邊界的離散法計(jì)算測試78-80
• 5.4 本章小結(jié)80-81
• 第6章 總結(jié)與展望81-83
• 6.1 全文工作總結(jié)81-82
• 6.2 后續(xù)工作展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果88-89
• 致謝89

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：800682