基于ANSYS的随车起重机吊臂结构的优化原理与方法研究

论文摘要

随着计算机技术与工业经济的迅速发展,现代设计方法的运用越来越广泛。今天的很多企业和设计部门已普遍采用有限元方法,对产品进行生产过程的数值模拟、优化设计等研究。对产品进行有限元分析,可以缩短产品的研发周期,减少产品的成本费用,提高企业的生产效率和竞争力,具有重要的社会意义和经济意义。本文以某随车起重机的基本臂结构为研究对象,以ANSYS 11.0为工具,先对基本臂结构进行了参数化建模,并在网格划分和约束载荷加载的基础上进行了有限元结构静力分析,验证了结构的安全性和优化设计的必要性。本文提出了随车起重机优化设计的新思路：可以先在基本臂工况下通过优化设计来确定基本臂截面的尺寸和壁厚,其余各节臂的截面尺寸可以根据它们之间的间隙来确定,然后再由全伸臂工况来确定其它节臂的壁厚。在对基本臂进行优化设计的过程中,选择吊臂的截面尺寸为设计变量,吊臂的许用应力为状态变量,吊臂的重量为目标函数,运用一阶优化方法对基本臂进行优化设计。结果表明优化后的结果达到了预期的目标,既保证了基本臂结构的强度和刚度,质量也有所下降,结构更为合理,整体性能有所提升。全文共分为六章,第一章阐述了本文的研究背景和研究对象,对有限元软件ANSYS进行了介绍；第二章对随车起重机的结构形式进行了概述,确定了吊臂结构的优化方案；第三章对基本臂进行了有限元结构静力分析；第四章对基本臂截面尺寸进行了有限元优化设计；第五章介绍了基于ANSYS的有限元参数化语言APDL,并运用APDL参数化语言对基本臂进行了结构静力分析和优化设计,验证了有限元参数化优化设计的可靠性和高效性；第六章对全文的工作进行了总结,并对以后的研究进行了展望。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 课题国内外的发展现状
• 1.3 结构优化设计的发展概况
• 1.4 有限元软件ANSYS及其优化功能介绍
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 随车起重机吊臂的结构与优化方案的确定
• 2.1 随车起重机的结构简介
• 2.2 吊臂的工作原理
• 2.3 吊臂的截面形式分类
• 2.4 吊臂数学模型的建立
• 2.4.1 吊臂在变幅平面承受的载荷
• 2.4.2 吊臂在旋转平面承受的载荷
• 2.5 吊臂优化设计方案的确定
• 2.6 本章小结
• 第3章 随车起重机基本臂结构的有限元静力分析
• 3.1 结构静力分析概述
• 3.2 随车起重机基本臂结构的有限元分析
• 3.2.1 基本臂结构有限元模型的建立
• 3.2.2 对模型施加约束与载荷并求解
• 3.2.3 计算结果的读取与分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 随车起重机基本臂结构的优化设计
• 4.1 最优化设计方法概述
• 4.1.1 最优化设计的数学模型
• 4.1.2 结构优化设计的基本方法
• 4.2 基于ANSYS的优化设计
• 4.3 优化变量的确定
• 4.3.1 设计变量
• 4.3.2 状态变量
• 4.3.3 目标函数
• 4.4 优化设计过程
• 4.4.1 参数化建模
• 4.4.2 求解、提取并指定状态变量和目标变量
• 4.4.3 在ANSYS优化器中进行优化并对优化结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基本臂结构参数化优化设计的实现
• 5.1 参数化设计语言APDL
• 5.2 参数化设计流程
• 5.3 基本臂截面参数化优化设计命令流
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 后续研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 研究生期间发表的论文