论文摘要
轮式装载机作为一种主要工程机械在国民经济建设中发挥着重要作用,其性能优劣直接影响生产效率、使用寿命及操纵性能。装载机铲斗是装载机的主要工作装置,传统设计方法设计已经不能满足现代设计的要求。随着计算机技术的发展而迅速发展起来的有限元法,是一种分析计算复杂结构极为有效的数值计算方法。它先将连续的分析对象划分为由有限个单元组成的离散组合体,运用力学知识分析每个单元的力学特性,再组合各个单元特性,形成一个整体结构的控制方程组,通过计算,得到整体结构的位移场和应力场等结果。有限元法的整个计算过程十分规范,主要步骤都可以通过计算机来完成,是一种十分有效的分析方法。本文对ZL50装载机工作状况进行了分析,选取偏载和正载两种工况。然后利用Pro/E建立铲斗的实体模型,并导入到有限元软件ANSYS中,对其进行应力分析。从两种工况等效应力图发现,在铲斗边耳板下部与铲斗斗壁的结合处、铲斗斗底以及主刀板与侧立板的结合处应力都比较大,而且偏载时应力更大,为提高安全系数,对模型提出了改进措施:在应力较大的斗底部位焊接四块加强板,侧边第一块加强板距离铲斗侧边为300mm,相邻两板距离为770mm,以增加斗底的强度。改进后的模型应力明显变小,特别是在原模型应力最大处得到较好的改善。运用有限元分析方法对装载机铲斗进行了拓扑优化研究分析,以装载机铲斗整体质量最小为目标函数,以装载机铲斗的斗壁、侧板、耳板、侧刀板、斗底加强板、主刀板、加强板的厚度为设计变量,经过迭代优化后,在满足应力约束的情况下,铲斗的重量由1214.076kg降至1165.647kg,减少了48.429kg,减少了3.99%,节省了材料。
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摘要ABSTRACT目录第一章 绪论1.1 引言1.2 轮式装载机发展状况1.2.1 国内现状1.2.2 国外现状1.3 国内轮式装载机发展趋势1.4 课题的提出及主要研究意义1.4.1 课题的提出1.4.2 本文的主要研究意义第二章 板壳有限元法的理论基础2.1 有限元法的产生2.2 有限元法的基本思想2.3 有限元法的特性2.4 弹性力学的理论基础2.4.1 弹性力学的基本方程2.4.2 弹性力学的边界条件和圣维南定理2.4.3 平衡方程和几何方程的等效积分"弱"形式——虚功原理2.4.4 线弹性力学的变分原理2.5 有限元方程组2.5.1 弹性连续体的离散2.5.2 单元位移模式和刚度矩阵2.5.3 有限元方程的求解2.6 本章小结第三章 ANSYS软件的应用3.1 ANSYS软件简介3.2 ANSYS的特点3.3 ANSYS的分析步骤及过程3.3.1 ANSYS的分析步骤3.3.2 ANSYS的分析过程3.4 本章小结第四章 装载机工况分析4.1 外载荷的确定原则4.2 计算工况的计算4.2.1 铲斗受力计算4.2.2 各工况受力分析4.3 约束条件的确定4.4 分析工况的选取4.5 本章小结第五章 装载机铲斗模型的建立5.1 PRO/E简介5.1.1 Pro/E发展历程概述5.1.2 Pro/E软件的功能5.2 PRO/E几何建模的注意事项5.3 装载机铲斗几何模型的建立5.3.1 建模的简化处理5.3.2 建模过程5.4 本章小结第六章 装载机铲斗有限元模型的建立与分析6.1 几何模型的导入6.1.1 铲斗几何模型的导入6.1.2 模型的处理6.2 模型的前处理6.2.1 单元类型的选择6.2.2 定义实常数6.2.3 定义材料属性6.2.4 划分网格6.3 铲入、掘起正载工况应力分析6.3.1 施加约束6.3.2 施加载荷6.3.3 求解与结果分析6.4 铲入、掘起偏载工况应力分析6.4.1 施加约束及加载6.4.2 结果分析6.5 改进方案6.6 本章小结第七章 装载机铲斗优化7.1 概述7.2 优化的基本概念7.2.1 有关结构优化7.2.2 设计变量7.2.3 目标函数7.2.4 约束条件7.3 结构优化理论7.3.1 研究对象7.3.2 常见连续体结构拓扑优化的方法及优化步骤7.3.3 软件中的实现方法及步骤7.3.4 优化算法7.3.5 灵敏度分析7.4 装载机铲斗的结构优化及其分析7.4.1 优化结果7.4.2 结果分析7.5 本章小节第八章 结论致谢参考文献在学期间公开发表论文及著作情况
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