斗轮机上部结构参数化优化设计

摘要

斗轮堆取料机是现代化工业中必不可少的一种大型连续式散料装卸的高效设备，上部结构为其关键部件，其设计状况影响整机的工作性能。现有设计常放大结构设计余量以避免结构损坏及工作失效，增加了设计材料及制造成本，也不利于设备的整体稳定性与工作节能降耗;在大型非标产品设计领域，缺少准确、高效的设计计算方案仍然不够完善。因此，借助前沿计算办法提升上部结构乃至散料输送设备的结构优化与轻量化设计，具有重要意义与实际工程背景。
　　本文的主要研究内容包括：
　　1.三维参数化设计:采用自顶向下的设计方法，对斗轮机的上部结构进行三维参数化设计，完成从框架到三维参数化模型，最后到二维工程图的整个过程。实现由三维模型至二维工程图的完全对接与自动更新。
　　2.三维参数化分析:通过ANSYS软件及其二次开发语言APDL来实现斗轮机结构的参数化有限元分析的过程。对斗轮堆取料机上部结构进三维参数化的静力学分析、模态分析。为设计提供结构件计算分析的高效计算方案。
　　3.参数反演:运用拉丁超立方抽样对工艺参数进行样本采点，利用不带交叉项的二次多项式来拟合设计变量与目标函数之间的近似函数模型，并通过遗传算法对近似模型进行反演求解，进一步完善现有优化设计方案。
　　本课题对上部结构这一斗轮机关键部件进行了参数化的优化设计与分析。研究成果可以较好的应用到散料输送机械的设计领域，保证产品质量的同时实现轻量化，提高设计效率，对斗轮机的开发具有深刻的指导意义及广阔的工程应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 斗轮堆取料机简介

1．2 国内外研究现状

1．2．1 斗轮堆取料机的研究现状

1．2．2 斗轮机上部结构的研究现状

1．3 选题意义

1．4 本文研究内容

第2章 上部结构三维参数化设计

2．1 参数化CAD设计平台

2．1．1 软件平台选择

2．1．2 参数化设计流程图

2．2 三维参数化数模与工程图技术

2．2．1 参数化设计方法

2．2．2 参数化建模方法

2．3 斗轮堆取料机上部结构参数化设计案例

2．3．1 各级框架的建立

2．3．2 参数衍生

2．3．3 参数衍生的零件设计

2．3．4 模型的参数化更改

2．4 本章小结

第3章 斗轮机上部结构参数化分析

3．1 参数化有限元方法

3．2 基于ANSYS／APDL的参数化有限元分析技术

3．3 有限单元法简述

3．4 上部结构参数化静力学分析

3．4．1 工况和载荷说明

3．4．2 参数化计算分析模型与边界条件

3．4．3 斗轮机上部结构参数化静力分析实例

3．5 斗轮机上部结构参数化振动特性模态分析

3．5．1 模态分析的必要性

3．5．2 模态提取方法

3．5．3 上部结构模态分析

3．5．4 参数化上部结构模态分析实例

3．6 本章小结

第4章 斗轮机结构参数反演

4．1 反问题简介

4．2 反问题一般情况

4．3 有限元模型几何反演

4．3．1 试验设计

4．3．2 响应面法拟合目标函数

4．3．3 反求模型参数

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢