数字样机建模仿真优化方法研究及其工程应用

摘要

本文以锤式破碎机为研究对象，主要研究了数字样机的建模仿真优化方法及其在工程中的应用。为了解决锤式破碎机的设计分析优化问题，同时满足性能驱动的要求，以PROE、ANSYS、ADAMS、FESAFE、LSDYNA等工程软件为设计手段，应用了数字样机模型集成技术，建模仿真优化集成算法技术，层次结构协同分析优化技术，取得的研究成果主要有以下几方面：
　　1.提出了数字样机构建及应用的体系框架，以数字样机元模型为核心，形成了数字样机的有效组织、管理和表达，研究了复杂产品开发过程中的数据、信息、知识、模型等组成要素及其层次结构关系，基于已有的产品设计分析过程，形成了重用机制，用以支持新产品的快速设计。
　　2.建立了锤式破碎机的参数化几何模型和信息模型，在此基础上，对其进行了动态仿真和有限元分析，搭建了各种软件的协同应用平台，实现了数据、信息、知识、模型的共享和交换。
　　3.提出并建立了锤式破碎机的刚柔耦合仿真分析模型，通过开发设计关键零部件的柔性体生成算法和连接算法，得到了破碎机关键件的各阶模态振型图，体现了数字样机动态设计过程的思想。
　　4.建立了锤式破碎机的有限元分析模型，通过仿真分析，得到了关键零部件工作时的动态载荷值，以此为依据，得到了瞬态分析、优化分析和疲劳分析结果，用于指导工程实际。
　　5.通过对锤式破碎机数字样机典型产品的研究，将建模仿真优化集成算法等技术方法应用到新产品的设计分析中，以实现新产品的快速设计，充分验证了数字样机分析方法在复杂产品开发设计过程中的可行性和有效性。

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第一章 绪论

§1-1煤矿机械的研究背景和意义

§1-2破碎机仿真国内外研究现状

§1-3现代设计方法国内外研究现状

§1-4本文的研究意义及主要内容

第二章 有限元多体力学及疲劳理论基础

§2-1有限元分析

§2-2多体力学理论基础

§2-3疲劳分析理论

§2-4本章小结

第三章 数字样机构建及应用的体系框架

§3-1数字样机的构建及应用

§3-2数字样机的多层次特性

§3-3数字样机的多阶段特性

§3-4数字样机的多学科特性

§3-5本章小结

第四章 破碎机数字样机建模方法研究

§4-1煤岩特性概述

§4-2破碎机的几何建模

§4-3破碎机的参数化建模

§4-4破碎机的信息建模

§ 4-5本章小结

第五章 破碎机数字样机的仿真及模态分析

§5-1引言

§5-2锤头的仿真及模态分析

§5-3主轴的仿真及模态分析

§5-4螺栓的仿真及模态分析

§5-5本章小结

第六章 破碎机数字样机的瞬态优化疲劳分析

§6-1引言

§6-2 破碎机数字样机的瞬态分析

§6-3 破碎机数字样机的优化分析

§6-4 破碎机数字样机的疲劳分析

§6-5 本章小结

第七章 结论与展望

§7-1结论

§7-2 展望

参考文献

附录A

附录B

致谢

攻读博士期间所取得的科研成果