基于有限元与动态仿真的陶瓷过滤机结构优化设计

摘要

本课题基于有限元分析与动态仿真技术,利用ANSYS软件及ADAMS软件提供的优化模块对安徽铜都特种环保设备有限公司研制的TT型陶瓷过滤机结构进行优化设计。
　　首先针对陶瓷过滤机搅拌机构存在的问题,综合优化理论及搅拌原理分析了搅拌机构的运动学参数对搅拌性能的影响,利用ADAMS软件对搅拌机构进行优化。在ADAMS中生成搅拌机构的仿真模型,进行运动学与动力学仿真。在此基础上,以搅拌架在搅拌过程中获得较大的搅拌速度和机构的最小传动角最大为优化的分目标函数,以曲柄摇杆机构的位置尺寸参数为设计变量,利用ADAMS软件的优化模块实现了陶瓷过滤机双曲柄摇杆机构的双目标优化。最后,在有限元分析软件ANSYS中建立陶瓷过滤机支撑机架的有限元模型,对其进行静力分析,并利用ANSYS的优化模块对支撑机架进行优化设计。以支撑机架的总体积为最小为优化目标,对支撑机架尺寸参数的优化进行了初步的探讨。
　　陶瓷过滤机搅拌机构的动态仿真及优化结果表明,通过ADAMS软件15次迭代优化能够使搅拌架的最大角速度提升23.67％,机构的最小传动角增大了7.62%,使搅拌机构的搅拌速度和传力性能得到改善,提高了陶瓷过滤机搅拌机构的搅拌效率。通过对陶瓷过滤机支撑机架的有限元分析及优化,发现优化后的结构可节省约43%的原材料,为陶瓷过滤机支撑机架的设计提供了指导作用。
　　本课题结合陶瓷过滤机实际工况解决了陶瓷过滤机的结构设计中存在的问题,获得了合理的、经济性高的机械结构。表明基于有限元分析及动态仿真的结构优化设计技术可以在提高产品的设计质量、降低开发与生产制造成本及提高产品在市场上的竞争能力等方面发挥重要作用。

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第一章 引言

1.1 问题的提出

1.2 选题的背景

1.3 国内外研究现状

1.4 研究的目的和意义

第二章 机械结构优化设计

2.1 优化设计的内容与流程

2.2 优化设计的数学模型

2.3 无约束优化方法

2.4 约束优化方法

第三章 陶瓷过滤机搅拌机构的优化设计

3.1影响搅拌效率的因素

3.2 ADAMS优化设计

3.3 搅拌机构结构优化的数学模型

3.4 搅拌机构运动仿真

3.5 搅拌机构的优化设计

3.6 优化前后搅拌机构结构动态特性分析

3.7 小结

第四章 陶瓷过滤机支撑机架的优化设计

4.1 有限元基本理论

4.2 ANSYS软件简介

4.3 ANSYS优化设计方法

4.4 ANSYS优化设计过程

4.5 支撑机架结构优化的数学模型

4.6 支撑机架有限元模型的建立

4.7 支撑机架有限元模型求解及后处理

4.8 支撑机架结构优化

4.9 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

附录A 支撑机架结构优化分析文件

在学期间发表的学术论文及研究成果

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