振动试验夹具的动态设计及管理系统的开发研究

摘要

结构动态设计是一项正在发展的新技术,它包含的内容十分丰富,涉及现代动态分析技术方法、计算机技术、产品结构动力学理论、设计方法学等众多学科。结构动态设计主要包括建立一个切合实际的结构动力学模型及选择有效的结构动态优化设计方法。 论文主要对四种典型的振动试验夹具进行了动力学设计分析。四种典型夹具的模态分析结果表明：材料的比刚度对结构各阶频率有影响。在ANSYS中应用智能网格划分方式及扫描划分方式对L型夹具进行了前十阶模态值的对比,研究了不同计算软件对模态计算结果的影响。论文还以L型夹具一机柜组合体、T型夹具-机柜组合体为研究对象,提出了夹具-机柜连接部位的处理方法,在对外加环境载荷进行归一化处理的基础上,进行了瞬态动力学分析；并在约束上施加外加环境载荷谱对结构进行响应分析。时程分析与载荷谱分析的计算结果表明：时程分析与谱分析下结构的响应存在一定的差异,但时程分析与载荷谱分析都是动力学分析的有效手段。 论文着重对L型夹具的材料参数及尺寸参数进行了灵敏度分析及优化设计。灵敏度分析结果表明,振动试验夹具在设计制造之前进行合理选材是必要的。在灵敏度分析的基础上,基于ANSYS对L型夹具的基频进行了优化,根据优化的结果修改有限元模型参数。修改模型参数后的计算结果表明,优化改善了结构的动态特性(基频),减少了材料用量。论文还应用ANSYS的参数化分析语言APDL对结构进行正交试验采样,提出了样本数据的归一化处理方法,建立了结构的BP神经网络模型,为结构尺寸的进一步优化做了铺垫。 论文进行了振动试验夹具管理系统的开发研究工作。该系统基于Visual Basic 6.0可视化语言设计各级界面,以Access 2003数据库为平台存储用户数据,实现了四种典型振动试验夹具的查询功能和用不同权限用户登陆以及密码修改的功能。该系统还利用VisualBasic 6.0,对ANSYS中参数化语言APDL建立的有限元模型进行了封装,研究了如何实现VB与ANSYS之间的数据传输,实现了在VB界面下调用ANSYS进行四种典型夹具计算的功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1选题背景

1.1.1结构振动概述

1.1.2振动试验夹具

1.2振动试验夹具国内外研究状况

1.2.1机械结构动态设计

1.2.2有限元方法概述

1.3振动试验夹具管理系统

1.3.1机械工程数据管理系统研究现状

1.3.2机械工程数据管理系统的发展趋势

1.4本文的研究目的和主要内容

1.4.1本文的主要研究目的

1.4.2本文的主要工作

2振动试验夹具的动态设计

2.1模态分析理论

2.1.1模态分析基本概念

2.1.2模态分析基本理论

2.2有限元结构动力响应分析

2.2.1有限元法基本理论及分析步骤

2.2.2有限元软件选择

2.3振动夹具模态分析的方法及步骤

2.3.1振动试验夹具设计步骤及规范

3.3.2振动夹具设计的方法

2.3.3振动试验夹具的分类

2.4典型振动夹具的模态分析

2.4.1基于ANSYS平台的典型夹具APDL方式建模

2.4.2模态分析在ANSYS中的实现

2.4.3有限元分析结果对比

2.5本章小结

3振动试验夹具-机柜动力学分析

3.1振动试验夹具-机柜的组合体建模

3.1.1机柜的建模

3.1.2机柜与夹具连接部位的处理方法

3.2夹具与机柜组合体模态分析

3.3振动试验夹具-机柜的瞬态动力学分析

3.3.1时程分析概述

3.3.2结构在ANSYS中的时程分析

3.4振动试验夹具-机柜的环境载荷谱分析

3.4.1载荷谱概述及理论

3.4.2载荷谱分析在ANSYS中实现

3.4.3环境载荷谱法与时程法结果对比

3.5本章小结

4 L型夹具体的灵敏度分析及优化设计

4.1 L型夹具的灵敏度分析

4.1.1 L型夹具的灵敏度分析方法及数学模型

4.1.2 ANSYS中的灵敏度分析方法

4.1.3选择设计参数

4.1.4灵敏度分析结果

4.2基于ANSYS的L型夹具体的结构优化

4.2.1结构优化设计方法概述

4.2.2结构优化设计在ANSYS中的实现

4.2.3 L型夹具优化设计

4.3基于BP神经网络建立结构优化模型

4.2.1神经网络建模

4.2.2正交水平试验选取BP网络样本

4.2.3用APDL语言进行样本实体建模与分析计算

4.2.4输入输出样本数据处理

4.2.5神经网络模型的建立

4.4本章小结

5基于VB的振动夹具管理系统开发

5.1开发工具的选择

5.1.1 Visual Basic 6.O的面向对象特性

5.1.2界面设计的基本方法

5.2 Visual Basic中系统界面的实现

5.2.1系统主界面的设计

5.2.2系统计算的界面

5.3选择系统的数据库

5.3.1 ACCESS数据库

5.3.2 VB与ANSYS间的数据传输

5.3.3.ANSYS与VB间的数据传输

5.4本章小结

6总结及展望

6.1总结

6.2展望及后续工作

参考文献

附 录

作者简历