基于TRIZ理论的除雪装置开发设计与优化研究

论文摘要

随着社会的发展和进步,国内对除雪装置的需求越来越高。而传统的设计方法和理论,对除雪装置的开发创新相对不足。因此,为了满足国内需求,利用先进的设计方法和理论,对提高除雪装置的开发创新,具有十分重要的意义。本文以除雪装置的开发设计为主线,通过将TRIZ理论运用于除雪装置的方案设计,获得了除雪装置进化的优化方案;将优化设计理论、虚拟样机技术应用于除雪装置的结构设计与性能分析,获得了除雪装置的优化结构形式。首先,根据TRIZ理论提供的问题分析方法,确定除雪装置进化的理想解和可用资源,并建立除雪装置的功能分析模型;结合理想解、可用资源和功能分析模型,通过质量屋,确定制约除雪装置进化的技术冲突和物理冲突。然后,通过冲突矩阵,找到解决技术冲突的发明原理;通过分离原理,找到解决物理冲突的发明原理;根据相应的发明原理,确定除雪装置进化的可行方案;根据设计者的经验,对可行方案进行分析,确定除雪装置进化的优化方案。根据除雪装置进化的优化方案,通过利用序列二次规划法和iSIGHT软件,对搅雪输送装置的结构参数进行优化,并获得了一组满意的优化结果;通过利用OptiStruct软件,分别对铲雪装置和机架进行形貌优化和拓扑优化,获得了它们的优化结构形式。最后,利用Pro/e和ADAMS软件,建立除雪装置的虚拟样机模型,并利用OPTDES—SQP算法对除雪装置进行动力学仿真和优化。通过优化,铲雪装置与路面的接触力比原始模型降低了51.9%。通过研究发现:将TRIZ理论,应用到除雪装置方案设计中,能有效地缩短开发时间和提高进化水平;将优化设计理论、虚拟样机技术,应用到除雪装置结构设计与性能分析阶段,能有效地降低开发成本和提高产品性能。本文不仅成功地实现了新型除雪装置的开发,还为以后设计者进行产品开发设计提供了新的研究思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 城市道路除雪及相关装置概述
• 1.2.1 除雪方式简述
• 1.2.2 机械式除雪装置的分类
• 1.3 机械式除雪装置的国内外开发研究现状
• 1.3.1 国外的开发研究现状
• 1.3.2 国内的开发研究现状
• 1.4 产品开发设计及其方法的概述
• 1.4.1 产品的概念设计
• 1.4.2 产品的结构设计
• 1.4.3 产品的性能分析
• 1.5 本文的研究思路
• 1.6 本文的研究内容和意义
• 1.6.1 本文研的究内容
• 1.6.2 本文的研究意义
• 1.7 本章小结
• 第二章 基于TRIZ 理论的除雪装置问题分析
• 2.1 引言
• 2.2 TRIZ 理论的概述
• 2.2.1 TRIZ 理论的适用范围
• 2.2.2 TRIZ 理论的理论基础
• 2.2.3 TRIZ 理论解决问题的流程
• 2.3 TRIZ 理论的问题分析方法概述
• 2.3.1 理想解
• 2.3.2 可用资源
• 2.3.3 功能分析
• 2.3.4 确定领域冲突
• 2.4 除雪装置开发设计的问题分析
• 2.4.1 除雪装置的理想解确定
• 2.4.2 除雪装置的可用资源
• 2.4.3 基于物－场模型的除雪装置功能分析
• 2.4.4 除雪装置领域冲突的确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于TRIZ 理论的除雪装置进化研究
• 3.1 引言
• 3.2 问题解决理论的选择
• 3.3 创新原理解决冲突的方法概述
• 3.3.1 创新原理的主要内容
• 3.3.2 冲突问题解决流程
• 3.3.3 技术冲突的解决方法
• 3.3.4 物理冲突的解决方法
• 3.4 除雪装置创新方案的研究
• 3.4.1 除雪装置技术冲突的描述
• 3.4.2 除雪装置技术冲突的创新方案
• 3.4.3 除雪装置物理冲突的描述
• 3.4.4 除雪装置物理冲突的解决方案
• 3.5 除雪装置最终方案的确定
• 3.6 本章小结
• 第四章 除雪装置的结构优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 结构优化设计的基本理论
• 4.2.1 优化设计的数学模型
• 4.2.2 结构优化设计的基本方法
• 4.2.3 结构优化设计的分类
• 4.3 相关软件介绍
• 4.3.1 iSIGHT 软件介绍
• 4.3.2 Pro/E 软件介绍
• 4.3.3 HypMesh 软件介绍
• 4.3.4 OptiStruct 软件介绍
• 4.4 除雪装置的优化设计
• 4.4.1 搅雪螺旋体的参数优化
• 4.4.2 铲雪装置的形貌优化
• 4.4.3 机架的拓扑优化
• 4.5 本章小结
• 第五章 除雪装置避障性能的研究
• 5.1 引言
• 5.2 虚拟样机技术介绍
• 5.3 ADAMS 软件介绍
• 5.3.1 ADAMS 软件的基本模块
• 5.3.2 ADAMS 软件的设计流程
• 5.4 除雪装置的虚拟样机建立
• 5.4.1 除雪装置ADAMS 模型的建立
• 5.4.2 路面模型的建立
• 5.4.3 约束的加载
• 5.4.4 载荷与运动的施加
• 5.5 除雪装置避障性能的优化研究
• 5.5.1 虚拟样机的参数化
• 5.5.2 约束条件的确定
• 5.5.3 目标函数的确定
• 5.5.4 优化结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文