煤炭采样机采样臂有限元分析与优化设计

论文摘要

本论文所设计的煤炭采样机是一个自动采制样煤的机械,可对商品煤、煤堆样进行采样和制样。首先,根据设计要求提出了采样臂的初步设计方案,利用相关理论对采样臂的尺寸和回转机构进行了设计,并结合MATLAB强大的计算功能,对采样臂的尺寸进行了优化分析；其次,利用有限元分析软件ANSYS对采样臂进行静力学分析,包括强度、刚度和稳定性三个方面。分析计算表明,采样臂的刚度和强度还有很大余量,为利用现代设计理论进行结构优化研究提供了工程背景和研究内容。最后,利用ANSYS的优化功能,对采样臂进行参数化建模,选取采样臂的质量为目标函数,,采样臂的壁厚为设计变量,许用应力和最大挠度为约束条件,进行结构优化,得到了较合理的几何尺寸,并对优化后的结构进行了强度、刚度和稳定性进行了校核,验证了优化结果的可行性。本论文利用ANSYS对采样臂的结构进行优化设计,节省了大量的人力物力,缩短了产品的设计周期,提高了工作效率,对实际工程具有很重要的价值。该采样臂的有限元分析与优化设计研究为同类产品的设计和工程实际问题的解决提供了重要的理论依据和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 煤炭及其采样概述
• 1.2 煤炭采样的状况
• 1.3 国内外煤炭采样机的状况与发展方向
• 1.4 论文的主要内容和研究意义
• 第二章 煤炭采样机结构与工作原理
• 2.1 煤炭采样机的组成以及整体结构
• 2.2 各机构总成以及功能
• 2.2.1 采样机构
• 2.2.2 回转机构
• 2.2.3 底盘系统
• 2.2.4 制样机构
• 2.3 煤炭采样机的性能特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 煤炭采样机采样装置结构设计
• 3.1 煤炭采样机采样臂设计
• 3.1.1 采样臂截面型式的选取
• 3.1.2 采样臂尺寸的确定
• 3.1.3 采样臂尺寸的最优化处理
• 3.2 回转机构设计
• 3.2.1 回转支撑的设计
• 3.2.2 回转平台的设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 煤炭采样机采样臂有限元分析
• 4.1 有限元理论基础
• 4.2 Ansys有限元分析软件介绍
• 4.3 Ansys分析软件中板壳单元介绍
• 4.4 采样臂有限元静力学分析
• 4.4.1 建立有限元模型
• 4.4.2 单元的选取
• 4.4.3 材料的特性
• 4.4.4 网格划分
• 4.4.5 施加载荷和约束
• 4.4.6 计算工况的选取
• 4.4.7 采样臂静强度和静刚度分析
• 4.5 采样臂稳定性分析
• 4.5.1 稳定性分析概念
• 4.5.2 采样臂稳定性分析结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 采样臂模态分析
• 5.1 模态分析概述
• 5.2 模态分析理论
• 5.3 采样机模态分析
• 5.3.1 模态分析提取方法
• 5.3.2 模态分析结果
• 5.3.3 采样臂模态结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 煤炭采样机采样臂的结构优化
• 6.1 优化设计概论
• 6.2 ANSYS优化设计简介
• 6.3 ANSYS优化设计的过程与步骤
• 6.4 采样臂优化模型的建立
• 6.4.1 设计变量的选取
• 6.4.2 目标函数的确定
• 6.4.3 约束条件的确立
• 6.4.4 优化计算工况的选取
• 6.5 采样臂优化结果分析
• 6.6 优化后的采样臂强度、刚度和稳定性的校核
• 6.6.1 优化后的采样臂强度和刚度校核
• 6.6.2 优化后的采样臂稳定性校核
• 结论与展望
• 1、结论
• 2、展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢