工程车辆翻车保护结构设计方法与试验研究

论文摘要

本文结合国家“863”项目:“机器人化工程机械”和国家发改委振兴东北老工业基地项目:“ZL80G智能装载机研制”开展了工程车辆翻车保护结构的设计方法与试验研究。根据连续介质力学理论,应用修正的拉格朗日法和塑性大变形有限元方法,提出了工程车辆翻车保护结构计算机仿真方法,利用该方法可以准确预估翻车保护结构的性能。通过进行多种工程车辆不同类型翻车保护结构的破坏性试验,获得了翻车保护结构的各种变形模式,分析了其失效机理,并通过研究车架、减震装置等对翻车保护结构变形模式、承载能力和能量吸收特性的影响规律,指出了翻车保护结构的基本设计原则。提出了能量吸收控制的设计方法,解决了大型工程车辆翻车保护结构侧向能量吸收设计问题。提出以能量吸收满足国际标准要求时的侧向力与标准规定的最小侧向承载力之差为目标函数,以翻车保护结构的性能要求为约束条件建立优化模型,并基于Kriging模型建立了翻车保护结构设计变量与目标函数之间的近似关系,采用遗传算法对翻车保护结构进行了全局优化设计。本文的研究成果为工程车辆翻车保护结构的设计提供了依据,对于提高工程车辆的作业安全性具有重要意义。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 翻车保护结构的国内外研究概况
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 翻车保护结构研究存在的问题
• 1.4 本文的研究方法与内容
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 翻车保护结构计算机仿真基本理论与方法
• 2.1 翻车保护结构的仿真的基本理论
• 2.1.1 材料非线性的基本法则
• 2.1.2 翻车保护结构性能仿真的非线性有限元法
• 2.1.3 极限载荷的确定方法
• 2.2 翻车保护结构性能仿真的建模方法
• 2.2.1 基于梁单元理论的翻车保护结构建模
• 2.2.2 基于壳单元理论的翻车保护结构建模
• 2.2.3 基于实体单元理论的翻车保护结构建模
• 2.3 本章小结
• 第三章 翻车保护结构变形模式及失效机理
• 3.1 翻车保护结构性能要求与试验方法
• 3.1.1 四项性能要求
• 3.1.2 实验室试验方法
• 3.2 翻车保护结构试验变形模式与失效机理
• 3.2.1 翻车保护结构性能试验的总体规律
• 3.2.2 侧向加载变形模式与失效机理
• 3.2.3 垂直加载变形模式与失效机理
• 3.2.4 纵向加载变形模式与失效机理
• 3.3 翻车保护结构试验所揭示的问题
• 3.4 本章小结
• 第四章 翻车保护结构塑性大变形仿真方法与应用
• 4.1 问题的提出
• 4.2 结构简介
• 4.3 性能试验的数值仿真
• 4.3.1 仿真模型的建立
• 4.3.2 数值仿真方法
• 4.4 试验验证方法
• 4.5 侧向加载仿真与试验结果的对比分析
• 4.5.1 侧向变形模式
• 4.5.2 侧向极限载荷
• 4.5.3 侧向能量吸收
• 4.5.4 塑性铰分析
• 4.5.5 侧向保护性能的影响规律研究
• 4.6 垂直加载仿真与试验结果的对比分析
• 4.7 纵向加载仿真与试验结果的对比分析
• 4.8 两柱翻车保护结构数值仿真算例
• 4.9 翻车保护结构设计的基本原则
• 4.10 本章小结
• 第五章 基于能量吸收控制的翻车保护结构设计方法
• 5.1 翻车保护结构的能量吸收控制设计方法
• 5.1.1 应用塑性铰进行能量吸收控制的方法
• 5.1.2 塑性铰的设计方法
• 5.2 能量吸收控制设计的数值模拟
• 5.2.1 有限元模型简化假设
• 5.2.2 结构简化方法
• 5.2.3 塑性铰特性数值模拟
• 5.2.4 整机能量吸收特性数值模拟
• 5.2.5 试验验证
• 5.3 结果对比分析
• 5.4 能量吸收控制的设计方法与步骤
• 5.5 本章小结
• 第六章 以Kriging 模型为基础的翻车保护结构遗传算法优化
• 6.1 引言
• 6.2 以Kriging 模型为基础的近似响应面构建
• 6.2.1 样本点的选取
• 6.2.2 结构的响应计算
• 6.2.3 近似响应面的构建方法
• 6.3 遗传算法优化
• 6.3.1 遗传算法基本理论
• 6.3.2 Kriging 模型与遗传算法相结合的翻车保护结构优化
• 6.4 算例分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文结论与展望
• 7.1 主要工作和成果
• 7.2 本论文的创新点
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研项目
• 摘要
• Abstract