水草收割船切割装置参数化建模及有限元分析

摘要

计算机技术出现之后，CAD技术从无到有，经历了迅速发展的过程。参数化设计技术也因其快速、高效的特点越来越多地运用到设计生产过程中。本课题针对白洋淀特定水域设计研发了专用型水草收割船，并对其重要的工作部件之一——切割装置进行了参数化建模和有限元分析。采用传统方法进行设计，研发周期长，产品性能往往达不到预期效果。本文结合参数化设计技术、二次开发技术、有限元分析技术等，对切割装置进行了研究，为其实现标准化、系列化提供依据。
　　 本文研究了水草收割船的类型及国内外现状，深入分析了水草收割船的作业环境，根据设计要求，确定水草收割船主要的性能参数及尺寸参数，初步明确整个工作系统的构成，继而得出切割装置有关参数值。使用Pro/E三维软件，结合二次开发技术，在VS2008开发环境中，利用Pro/TOOLKIT应用程序进行编程，对构建切割装置参数化建模平台进行了深入的研究。同时借助专业有限元分析软件ANSYS对切割装置的主要零件进行有限元分析，并进行参数优化。
　　 对切割装置零部件进行初步选型，设计计算确定相关参数。基于各零件的特征，找出独立参数及非独立参数，以及非独立参数与独立参数的关系式。在Pro/E软件中建立零件的三维模型，设置参数及关系，作为参数化建模的驱动模型，利用Pro/E自带的Pro/TOOLKIT二次开发工具对Pro/E系统功能进行扩展，包括添加菜单栏菜单、创建对话框。通过编写程序，实现参数的赋值、调用，以及在驱动模型上的更新，再生为新的零件模型，并采用程序控制方法进行零件的自动装配。在Pro/E软件中利用CAD模块进行干涉检验，确保结构的合理性。
　　 产品设计完成后通常要对其主要零部件进行分析校核。传统的方法计算量大，效率低，计算精准度不高。本文借助有限元分析软件ANSYS对切割装置中的护刃器梁进行了强度校核，得到应力和变形云图及数值，并根据分析计算的结果，进行数值与结构的优化。对优化后的结果再进行静力学分析，验证优化结果的正确性。
　　 切割装置参数化建模平台简化了零件设计过程，缩短了设计周期，提高了设计效率和标准化、系列化程度;有限元分析将设计者从繁杂的计算中解放出来，利用计算机强大的计算能力对零件进行分析、优化，节省时间的同时也保证了设计的合理性和经济性。为其他产品的参数化设计起指导、借鉴作用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源及背景

1．2 相关技术国内外发展历程与趋势

1．2．1 CAD技术发展历程及趋势

1．2．2 参数化设计技术概况

1．3 课题研究内容及意义

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 本章小结

2 水草收割船总体方案设计

2．1 水草收割船概述

2．1．1 水草收割船分类

2．1．2 水草收割船国内外研究现状

2．2 水草收割船的主体参数

2．2．1 割幅

2．2．2 作业速度

2．2．3 生产率

2．3 水草收割船的主要部件

2．3．1 船体

2．3．2 切割装置

2．3．3 链板输送带

2．3．4 除水装置

2．3．5 明轮推进器

2．3．6 液压系统

2．4 本章小结

3 水草收割船切割装置参数确定

3．1 切割装置结构性能

3．1．1 切割装置的性能要求

3．1．2 切割原理

3．2 往复式切割器的构造及标准化

3．2．1 往复式切割器标准化

3．2．2 往复式切割器主要部件及相关参数

3．3 摆动机构的参数设计

3．3．1 摆叉

3．3．2 传动杆

3．3．3 摆杆轴环

3．3．4 套筒支架

3．4 本章小结

4 水草收割船切割装置参数化建模平台的实现

4．1 基于Pro／E的二次开发平台

4．2 基于特征的三维驱动模型的建立

4．2．1 基于特征的建模技术

4．2．2 基于特征的参数化驱动模型的创建思路

4．2．3 创建切割装置零件的三维驱动模型

4．3 切割装置参数化系统界面的设计

4．3．1 Pro／E5．0与VS2008的开发环境配置

4．3．2 系统菜单设计

4．3．3 MFC可视化对话框设计

4．4 参数化驱动模型更新

4．5 参数化模型装配实例

4．5．1 切割装置的参数化装配

4．5．2 切割装置装配模型的干涉检验

4．6 本章小结

5 切割装置零件的有限元分析及优化

5．1 有限元法理论

5．1．1 有限元分析法概念

5．1．2 有限元法的求解过程

5．1．3 有限元分析软件

5．2 护刃器梁受力分析

5．3 护刃器梁的有限元静力学分析

5．3．1 护刃器梁三维模型导入

5．3．2 创建护刃器梁有限元模型

5．3．3 施加载荷和边界条件并求解

5．3．4 有限元分析结果讨论

5．4 护刃器梁的优化设计

5．4．1 护刃器优化设计过程

5．4．2 优化结果分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在校期间发表论文

附录

作者简历

致谢