桁架式桥梁检测车动力学性能分析及优化

论文摘要

在检测人员对桥梁进行维修、检测时,桁架式桥梁检测车为工作人员提供作业平台,其稳定性和动力学性能对桥梁检测人员的安全和作业效率有重要影响。然而,由于试验中存在困难,无法多次进行物理样机试验,为了更好地研究16m桁架式桥梁检测车的结构和性能,采用虚拟样机技术,对设计方案进行多次分析,直到获得最优方案。论文以16m桁架式桥梁检测车为研究对象,基于有限元理论和虚拟样机技术,对整机进行了具体分析。主要包括以下几个部分：(1)在ADAMS中创建整机多刚体动力学模型,获得质心轨迹曲线,分析了整机抗倾覆稳定性,校核了工作油缸的动态特性。(2)运用ADAMS中提供的设计研究方法,获得各优化参数的灵敏度值,对举升机构铰点位置进行了优化,并对支撑结构进行了改进,校核了优化前后结构受力情况。(3)借助ANSYS软件,为ADAMS建立柔性转台结构,对刚柔混合模型进行仿真,得到了柔性体对整机结构受力的影响,并在举升工况下对转台机构提供了改进方案。(4)校核了桁架结构的强度、刚度和静刚度,用APDL命令流建立有限元模型,用Matlab编写遗传算法进行优化计算,减轻了桁架结构结构自重。(5)建立多刚体接触模型,通过动力学分析,得到相关的接触力——时间曲线,并进行对比分析。论文针对桁架式桥梁检测车在实际应用中出现的一些问题提出了相关的解决方案,节约了开发成本,缩短开发周期,提高了开发质量,使产品最大程度的满足设计的要求,同时为同类产品的研发提供了一种参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 桥梁检测车概况
• 1.1.1 桥梁检测车特点及分类
• 1.1.2 桥梁检测车发展情况
• 1.2 虚拟样机技术的发展概况
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 本文研究意义
• 第2章 桥梁检测车多刚体动力学建模及仿真
• 2.1 ADAMS简介
• 2.1.1 ADAMS软件特点简述
• 2.1.2 ADAMS工作模块简介
• 2.2 多体动力学简述
• 2.2.1 自由度
• 2.2.2 速度、加速度和角加速度
• 2.2.3 刚体运动方程
• 2.3 虚拟样机模型的建立
• 2.3.1 ADAMS和Solidworks的数据交换
• 2.3.2 桥梁检测车工作过程
• 2.3.3 整机多刚体动力学模型的建立
• 2.4 仿真结果分析
• 2.4.1 桥梁检测整车质心轨迹仿真
• 2.4.2 油缸受力仿真结果分析
• 2.4.3 桥梁检测车平衡重的校核
• 2.5 小结
• 第3章 桥梁检测车举升机构优化和结构分析
• 3.1 ADAMS优化计算
• 3.2 ADAMS参数化建模
• 3.2.1 确定优化目标
• 3.2.2 建立优化模型
• 3.3 ADAMS设计研究分析
• 3.4 举升机构优化分析
• 3.4.1 优化目标和约束条件的确定
• 3.5 优化结果分析
• 3.6 举升结构有限元分析
• 3.6.1 翻转台受力分析
• 3.6.2 翻转台结构改进
• 3.7 小结
• 第4章 柔性转台结构的多体动力学建模及仿真
• 4.1 ADAMS柔性体建模技术简介
• 4.1.1 模态叠加法
• 4.1.2 ADAMS柔性体建模理论
• 4.2 ADAMS柔性体建模方法
• 4.2.1 优化变量
• 4.2.2 生成模态中性文件
• 4.2.3 注意事项
• 4.3 ADAMS刚柔混合模型的建立
• 4.4 刚柔混合模型结果分析
• 4.4.1 ADAMS/Durabilit模块简介
• 4.4.2 仿真结果分析
• 4.4.3 柔性体应力分析
• 4.5 举升工况分析和改进
• 4.6 小结
• 第5章 桁架结构动态分析与结构优化
• 5.1 建立有限元模型
• 5.2 静力学分析结果
• 5.3 桁架结构的模态分析
• 5.3.1 ANSYS模态分析基本理论简介
• 5.3.2 桁架结构模态计算与结果分析
• 5.4 桁架结构优化设计
• 5.4.1 遗传算法简介
• 5.4.2 遗传算法基本原理
• 5.4.3 MATLAB和ANSYS的数据交换
• 5.4.4 确定设计变量
• 5.4.5 目标函数和约束条件
• 5.4.6 优化结果分析
• 5.5 小结
• 第6章 垂直升降架滚轮接触分析
• 6.1 ADAMS接触理论简介
• 6.1.1 多刚体系统接触动力学和接触力计算
• 6.1.2 两种模型的接触力计算方法
• 6.2 ADAMS接触分析
• 6.2.1 接触模型的建立
• 6.2.2 定义接触参数
• 6.3 仿真结果分析
• 6.4 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果