扶梯的参数化设计及有限元分析

论文摘要

随着计算机技术和产品信息化的发展,计算机辅助设计(CAD)和参数化设计思想已经广泛应用于机械行业。产品参数化CAD系统的开发已经成为企业产品数字化、信息化的必然趋势。目前,扶梯在公共场所应用日益广泛,但其复杂的结构给设计工作带来了重复性和繁琐性。正基于此,本论文开发了基于Pro/E的扶梯参数化设计系统,通过该系统,大大提高其设计效率和设计质量,缩短产品的开发周期。同时本文还对扶梯的主要承载部件金属骨架做了结构分析和优化设计,确保参数化系统开发产品的安全性。本文首先根据企业的实际情况以及扶梯生产的特点,通过大型的CAD软件Pro/E的Pro/Toolkit编程工具,开发出前台用户操作界面,然后对扶梯的所有部件进行三维参数化设计。该系统不仅可以实现对零件进行二维、三维参数化设计,还可以准确的输出BOM等信息文件,减轻了设计人员的负担,减少大量的重复设计工作,提高产品的设计速度,提高了生产效率。其次针对扶梯金属骨架结构复杂而且多变的特点,综合运用VB、APDL和ANSYS建立金属骨架的有限元模型,实现金属骨架有限元模型建立的自动化,减少大量的重复建模的时间。最后,通过静力分析,得出结构在承受载荷时的最大挠度和最大应力。利用ANSYS高级结构分析功能,将钢架结构的体积作为目标函数,将钢架结构中杆件的截面参数作为设计变量,最大挠度及最大应力作为状态变量,对钢架结构作了最优化分析。综合考虑优化的分析结果及市场上型材的规格,选取合适的杆件截面形式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 扶梯简介
• 1.2.1 扶梯的类型
• 1.2.2 扶梯的主要参数
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 扶梯的发展史及发展前景
• 1.3.2 CAD技术
• 1.3.3 有限元分析方法的现状和发展趋势
• 1.4 论文的研究意义
• 1.5 论文的研究内容及结构安排
• 第2章 扶梯参数化设计和有限元分析总体方案
• 2.1 需求分析
• 2.1.1 企业面临的困难
• 2.1.2 企业对系统的需求
• 2.2 参数化平台的构建
• 2.2.1 Pro/Engineer的基本特点及优势
• 2.2.2 数据库的选择
• 2.2.3 开发工具的选择
• 2.3 参数化有限元模型系统的构建
• 2.4 本章小结
• 第3章 扶梯参数化设计系统的开发和应用
• 3.1 参数化设计系统的开发
• 3.1.1 知识表达
• 3.1.2 主要特点
• 3.1.3 开发实例
• 3.2 参数化设计系统的应用
• 3.2.1 参数录入
• 3.2.2 参数修改
• 3.2.3 运行平台
• 3.2.4 输出报表
• 3.3 本章小结
• 第4章 扶梯金属骨架的建模
• 4.1 金属骨架设计
• 4.1.1 设计依据
• 4.1.2 中间支撑使用原则
• 4.1.3 材料选择
• 4.1.4 结构设计
• 4.1.5 金属骨架挠度和应力
• 4.2 建模工具ANSYS
• 4.2.1 基本功能
• 4.2.2 ANSYS基本分析过程
• 4.2.3 ANSYS模型生成概述
• 4.2.4 实体模型和直接生成的比较
• 4.3 有限元模型的建立
• 4.3.1 建模的合理假设
• 4.3.2 单元类型的选择
• 4.3.3 应用VB和APDL建立有限元模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 扶梯金属骨架的静力分析及优化设计
• 5.1 自动扶梯金属骨架的静力分析
• 5.1.1 自动扶梯的载荷
• 5.1.2 自动扶梯的载荷的计算
• 5.1.3 载荷的转化和必要的假设
• 5.1.4 不同载荷下的静力分析
• 5.1.5 无横梁结构的金属骨架静力分析
• 5.2 自动扶梯金属骨架的优化设计
• 5.2.1 金属骨架上下弦杆结构特点
• 5.2.2 结构优化问题描述
• 5.2.3 ANSYS优化设计的步骤
• 5.2.4 金属骨架上下弦杆的优化设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢