基于灵敏度分析的ZNL-1型林下除草机车架轻量化研究

作     者：周方思 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李立君

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 082801[工学-农业机械化工程] 

主      题：林下除草机 车架 有限元分析 灵敏度 模糊物元法 

摘      要：近年来,随着现代化机械作业技术的进步,轻量化设计已经成为了农林业机械设计过程中必须要考虑的重要部分。农林业机械的车架质量在整机质量中占比普遍较大,减轻车架质量不仅能减少油耗,降低成本,且同时还能提高整机作业效率以及作业性能,因此,车架的轻量化研究具有重要的意义。本文以自主研发的ZNL-1型林下除草机车架为研究对象,论文主要研究内容如下:1、构建林下除草机车架三维参数化模型,并对其结构进行简化处理;将模型无缝导入至有限元分析软件后,添加相关材料属性,通过设置合理的网格划分方法以及合适大小的网格尺寸对车架模型进行网格划分,从而建立一个合理的林下除草机车架有限元分析模型。2、根据整机实际情况,选取水平弯曲和极限扭转两个典型工况,在添加相应的约束和载荷条件下,进行车架静力学分析;通过设计车架应力实验,验证车架有限元模型建立的正确性以及静力学分析的合理性;通过对验证准确性后的车架有限元模型进行约束模态分析,分析车架共振等问题。车架的静力学分析结果和模态分析结果可为后文车架的灵敏度分析提供依据。3、根据极限扭转工况分析结果,建立相关优化方程数学模型,对除草机车架进行灵敏度分析。获取除草机车架的质量、强度、位移以及一阶模态频率对车架各零部件梁壁厚的灵敏度。并引入相对灵敏度和平均相对灵敏度两个评价指标,通过对比两个评价指标,并结合灵敏度分析结果,为后文车架的轻量化设计选取合适的优化设计变量。4、基于前文已验证的车架有限元模型,以除草机车架质量最小为目标,选取灵敏度分析后筛选的零部件梁的壁厚为设计变量,将极限扭转工况下的车架强度、位移变形、一阶模态作为约束条件建立数学模型进行车架优化设计;采用基于熵权的模糊物元法对优化方案进行综合评价,获得最优方案。通过对比分析发现,优化后的车架在满足车架性能的基础上,车架减重21.61%,实现了轻量化目标。