基于现代设计方法的糊底机机架结构设计

作     者：魏泱楠 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭珍瑞;王栋

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：机架结构 轻量化设计 动态设计 多目标优化 有限元分析 

摘      要：包装行业是国民经济的重要产业,研发自动化、智能化的包装机械已成为包装行业新的发展趋势。糊底机是一种专门为完成纸纱复合袋糊底工作而设计的包装机械。机架作为糊底机的重要承载结构,对糊底机安全运行至关重要,有必要对其进行合理设计。借助于计算机技术的现代设计方法能够有效解决机械设计过程中的诸多问题。因此,本文运用现代设计方法对机架结构进行改进设计。主要研究工作如下:(1)现有机架动静态特性分析。分析机架结构特点,结合现代产品设计的要求与原则明确机架的设计目标。对实际结构进行测量,根据测量数据建立机架的三维模型。根据机架的受力情况对机架进行静动态分析,确定结构特性,得到机架薄弱部位,为下一步优化设计提供依据。(2)机架结构轻量化设计。针对机架的轻量化设计要求,以拓扑优化为核心,结合尺寸优化和结构动力学修改方法对机架改进设计。以机架质量最小为优化目标,构造质量关于机架长度和宽度的多项式响应面目标函数,运用粒子群算法求解,得到最优机架长度和宽度。根据优化后的尺寸建立三维模型,并导入Hyper Works进行机架柔度与频率的多目标拓扑优化。对拓扑优化后的模型进行模态分析,确定优化后结构的薄弱部位。最后通过薄弱部位的模态应变能曲线确定修改位置,完成机架结构的轻量化设计。(3)机架结构动态设计。针对有限元模型与实际结构之间的误差,在机架的动态设计中引入模型修正方法,使有限元模型的计算结果能够尽可能接近实测数据,修正后的有限元模型能够反映结构的实际动力学响应。以弹性模量和密度为待修正参数,使用拉丁超立方抽样进行抽样,将样本数据代入有限元模型中得到前3阶固有频率,将其作为结构响应值,通过多项式响应面模型拟合二者之间的关系,结合试验模态分析结果构造多目标优化函数,使用多目标优化算法求解多目标函数。根据修正后的模态分析结果确定结构薄弱部位。通过综合模态应变能曲线设计改进模型,提升结构动态特性。