擦窗机伸缩臂有限元分析及优化设计

论文摘要

随着建筑维护设备-擦窗机的广泛使用,其结构的可靠性,安全性和经济性也日益受到重视。对结构进行仿真和有限元分析是检验其可靠性和安全性的主要方法,而对擦窗机结构采取优化设计则是提高其经济性,节省材料、节约成本的主要方法。本文应用结构分析的基本理论及有限元方法,选择擦窗机的主要承力部件—伸缩臂作为研究对象,进行了结构分析及优化设计工作。首先利用大型计算机辅助设计软件Pro/E对其进行了参数化建模,并区别于传统建模方法,应用Pro/E的焊接模块将伸缩臂各零件之间的焊接信息融入参数化模型中;其次对擦窗机进行了工况分析和力学计算,并分析得出伸缩臂承力较大的两种危险工况,并采用大型通用有限元分析软件ANSYS对伸缩臂在危险工况下的应力应变情况进行了分析,对伸缩臂的可靠性和安全性进行了验证。验证发现伸缩臂的设计趋于保守,具有很大的优化空间。最后,利用ANSYS的OPT优化设计模块,选择箱型臂截面的宽度、高度和钢板厚度作为设计变量,总体积（即总重量）最小作为优化目标,对伸缩臂进行了结构优化,得出了比较理想的优化结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 本课题的发展现状
• 1.2.1 擦窗机设计研究
• 1.2.2 有限元分析与优化设计
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第二章 课题研究理论基础及方法
• 2.1 结构分析方法
• 2.2 结构优化设计理论
• 2.2.1 结构优化设计的理论基础
• 2.2.2 结构优化设计的数学模型
• 2.3 有限元方法
• 2.3.1 有限元法的基本思想
• 2.3.2 有限元法的分类
• 2.3.3 有限元分析软件的发展
• 2.3.4 ANSYS 软件简介
• 2.4 本章小结
• 第三章 擦窗机概述与伸缩臂模型的建立
• 3.1 擦窗机概述
• 3.1.1 擦窗机的用途与发展
• 3.1.2 擦窗机分类及组成
• 3.2 擦窗机伸缩臂模型的建立
• 3.2.1 轨道式伸缩臂擦窗机结构简介
• 3.2.2 设计平台的选择
• 3.2.3 伸缩臂建模与传统建模方法的区别
• 3.2.4 伸缩臂装配模型的建立
• 3.3 本章小结
• 第四章 伸缩臂有限元分析
• 4.1 ANSYS 结构有限元分析流程
• 4.1.1 前处理
• 4.1.2 施加载荷、设置参数并求解
• 4.1.3 后处理
• 4.2 擦窗机工况分析与力学计算
• 4.2.1 工况分析
• 4.2.2 力学计算
• 4.3 伸缩臂静态有限元分析
• 4.3.1 静态分析方法
• 4.3.2 伸缩臂危险工况有限元分析
• 4.4 伸缩臂模态分析
• 4.4.1 动力学分析综述
• 4.4.2 模态分析基础理论
• 4.4.3 伸缩臂模态分析的必要性
• 4.4.4 伸缩臂模态分析结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 伸缩臂结构优化设计
• 5.1 ANSYS 环境中的优化设计
• 5.1.1 ANSYS 的优化方法
• 5.1.2 ANSYS 的优化变量
• 5.1.3 ANSYS 优化设计的实现方法
• 5.1.4 ANSYS 优化设计的步骤
• 5.2 伸缩臂结构的优化设计
• 5.2.1 结构优化分析
• 5.2.2 优化结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢