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作者：孙银旭燕山大学

学位级别：硕士

应急救援车辆在突发事故担任着抢险与运输的角色,面对救援地区复杂恶劣的环境以及救援的时效性,要求车辆具有良好的机动性与通过能力。可更换三角履带轮的应用有效的解决了这两个相互矛盾的问题。但可更换三角履带轮自身存在着重量偏重... 详细信息

应急救援车辆在突发事故担任着抢险与运输的角色,面对救援地区复杂恶劣的环境以及救援的时效性,要求车辆具有良好的机动性与通过能力。可更换三角履带轮的应用有效的解决了这两个相互矛盾的问题。但可更换三角履带轮自身存在着重量偏重以及如何在多种工况下满足结构寿命要求的问题上仍需要进一步探索。本文以可更换三角履带轮的支撑架为研究对象,在多工况的条件下进行尺寸优化,使其在不同工况下的疲劳寿命均衡并达到轻量化为目的展开研究。本文主要完成的工作包括以下四个方面:（1）以多刚体动力学理论为基础,RecurDyn软件为工具,对安装有可更换三角履带轮的车辆进行动力学模型的构建,并对动力学模型正确性进行了验证。通过此动力学模型完成了在四种典型工况下可更换三角履带轮车辆的动力学仿真,并获取了支撑架主要受载部位的载荷谱。（2）以线性累积损伤理论为基础,Ncode软件为工具,对支撑架在四个工况条件下进行了疲劳分析。主要内容有:根据支撑架的结构、工况及工作环境的影响,对其材料Q345的p-S-N曲线进行修正;对支撑架进行四各工况下的疲劳分析得到寿命云图;完成多工况下进行疲劳实验设计的平台。（3）以代理模型原理为基础,Workbench软件为工具,对不同尺寸下的支撑架的质量及四个工况的疲劳寿命进行代理模型的构建。主要内容有:结合实际情况确定了支撑架优化的数学模型;进行实验设计获取设计变量与设计目标的样本点;提出适用于优化的组合代理模型的评价方式,并对其进行了验证分析。（4）以最优化理论为基础,Matlab软件为工具,对支撑架的数学模型进行了尺寸优化。主要内容有:结合支撑架实际的优化目的与罚函数思想,建立了疲劳约束的尺寸优化数学模型;提出适用于启发式算法求解的单目标多约束问题转换为多目标无约束的方法;对优化结果进行验证与分析。

关键词：三角履带轮支撑架多工况尺寸优化组合代理模型疲劳寿命轻量化

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基于组合代理模型的三角履带轮多工况疲劳优化

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机械强度 2021年第5期43卷 1088-1094页

作者：李永欣常涛杨立明李凯伦孙银旭吴凤和燕山大学机械工程学院河北省重型智能制造装备技术创新中心秦皇岛066004 航天恒星科技有限公司北京100095 杭叉集团股份有限公司杭州311305

应急救援车辆的三角履带轮需要在各种地形和路况条件下具备高机动性和可靠性。针对三角履带支撑架在多工况疲劳优化中的计算时程过长问题,以组合代理模型来加速优化求解,为了保证代理模型的精度,提出新的代理模型评价指标。首先,对可更... 详细信息

应急救援车辆的三角履带轮需要在各种地形和路况条件下具备高机动性和可靠性。针对三角履带支撑架在多工况疲劳优化中的计算时程过长问题,以组合代理模型来加速优化求解,为了保证代理模型的精度,提出新的代理模型评价指标。首先,对可更换三角履带轮的支撑架在四个工况下的疲劳寿命进行分析;然后,以克里金模型和响应面模型为基础对支撑架的质量及四个工况的疲劳寿命进行组合代理模型的构建,其中,为了在寻优过程中更易逼近组合代理模型的全局最优点,使得预测值和观测值具有一致的凹凸性,提出了局部趋势误差作为构建组合代理模型的评价标准;最后,对支撑架的数学模型进行了尺寸优化。结果表明,组合代理模型不但保证了计算精度,而且具备一定的鲁棒性,减重后的三角履带轮在保证质量的前提下寿命提高了43.59%。

关键词：三角履带轮多工况尺寸优化组合代理模型疲劳寿命局部趋势误差

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C-25D连续驱动摩擦焊机结构分析及优化设计

C-25D连续驱动摩擦焊机结构分析及优化设计

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作者：陈强长春工业大学

学位级别：硕士

连续驱动摩擦焊技术以其高品质、高效、节能、无污染的特点,被广泛应用于航空、航天、核能、海洋开发、汽车等领域。基于传统经验设计的连续驱动摩擦焊机存在着机械设备静、动态特性差等缺点,难以满足目前的生产制造需求,因此迫切需要... 详细信息

连续驱动摩擦焊技术以其高品质、高效、节能、无污染的特点,被广泛应用于航空、航天、核能、海洋开发、汽车等领域。基于传统经验设计的连续驱动摩擦焊机存在着机械设备静、动态特性差等缺点,难以满足目前的生产制造需求,因此迫切需要设计制造性能更加优良的摩擦焊机。本文设计了一台最大顶锻力为250KN的连续驱动摩擦焊机,对其进行了计算及模拟仿真分析,并根据分析结果对关键零部件进行了优化设计。具体研究内容如下:1)结合摩擦焊原理及设计要求,确定了连续驱动摩擦焊机整机总体结构、设计参数和设计指标,对驱动单元进行了设计计算,之后建立了C-25D连续驱动摩擦焊机三维模型。2)基于静、动力学理论对摩擦焊机关键零部件和整机进行仿真分析,得到了关键零部件和整机的强度和刚度仿真分析结果。静力学分析结果表明,整机模型中主轴组件的变形不满足设计指标,床身和主轴箱是整机刚性的薄弱环节,需要进一步优化以提高整机的刚度;动力学仿真分析结果表明,摩擦焊机的动态特性良好,能够满足设计指标要求。3)根据静力学仿真分析结果,首先对移动夹具进行了拓扑优化设计,优化后移动夹具质量降低了8.1%,实现了轻量化设计,然后采用灵敏度分析方法,确定了床身和主轴箱的关键尺寸,并对其进行了多工况尺寸优化设计,优化结果表明,在摩擦生热阶段主轴组件X、Y、Z方向的最大变形分别为0.029mm、0.072mm和0.188mm,分别降低了19.4%、21.7%和9.1%;在顶锻阶段的最大变形分别为0.058mm、0.144mm何0.377mm,分别降低了19.4%、22.1%和8.9%;优化后的整机质量为4.455t,较优化前的4.522t降低了1.4%,达到了设计指标要求。4)试制了C-25D连续驱动摩擦焊实验样机,在焊接状态下对样机进行了变形测量实验和应力测量实验,验证了仿真结果的准确性,然后测试了焊接产品的精度和力学性能,证明了优化方法对焊机结构静态特性的提高行之有效。

关键词：连续驱动摩擦焊结构设计仿真分析拓扑优化多工况尺寸优化

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轻量化目标驱动的转台新结构研究

轻量化目标驱动的转台新结构研究

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作者：王宏宇大连理工大学

学位级别：硕士

汽车起重机转台是连接臂架和底盘车架的核心部件,其刚度和强度直接影响到起重机的性能。为降本节能,探寻汽车起重机轻量化的方法及途径已成为汽车起重机企业的核心竞争力之一。本文以某80t汽车起重机转台为典型示例,运用不同优化技术分... 详细信息

汽车起重机转台是连接臂架和底盘车架的核心部件,其刚度和强度直接影响到起重机的性能。为降本节能,探寻汽车起重机轻量化的方法及途径已成为汽车起重机企业的核心竞争力之一。本文以某80t汽车起重机转台为典型示例,运用不同优化技术分阶段对转台进行轻量化设计和结构形式的探讨研究。通过多工况优化均衡了各工况中的最大应力、综合位移及侧向位移。提出了满足各工况性能要求的两种新型转台结构方案。(1)确立了转台边界条件,以Ansys Workbench为辅助工具对示例转台进行有限元分析。总结了不同加载方式、约束条件及网格大小对分析结果的影响;(2)概念设计阶段,利用Topology Optimization模块并基于权重法进行转台结构的多工况拓扑优化确定力流走势。分析了不同拓扑构型的性能差异及适用条件;(3)基本设计阶段,运用形态分析法确定了转台不同功能模块的较优结构形式。总结了不同形式的特点及优势;(4)详细设计阶段,参数化建模后利用Response Surface Optimization模块进行多工况尺寸优化。通过响应面法总结了转台关键尺寸的量化规律,分析了设计参数对总体质量、强度、刚度的灵敏度。运用多目标遗传算法得到优化后的尺寸组合;(5)创新设计阶段,运用衍生式设计方法探索面向未来的仿照自然生长式的有机结构。利用Fusion360的Generative design模块,按照示例转台的载荷、材料、安全系数、安装铰点及装配限制等进行衍生设计设置。通过重复反向设置侧载工况,解决了承受侧载的结构对称零件的衍生设计问题,间接解决了传统转台侧向刚度不足的问题。得到的减重结构重量减轻15%,侧向位移减小1.2%,综合位移仅增大2.8%。衍生式结构重量减轻12%,侧向位移减小55.6%,综合位移减小30.2%。实现了转台结构的轻量化设计。本研究对现有的转台设计具有一定的指导和借鉴意义。

关键词：汽车起重机转台多工况拓扑优化多工况尺寸优化衍生式设计

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基于灵敏度分析的连续驱动摩擦焊机结构优化

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长春工业大学学报 2021年第3期42卷 213-221页

作者：陈强魏加立曲慧东毕海峰关英俊长春工业大学机电工程学院吉林长春130012 长春数控机床有限公司吉林长春130033

提出一种基于灵敏度分析的焊机多工况结构优化设计方法。首先利用有限元方法对焊机整机进行静力学分析,找出床身和主轴箱为系统薄弱环节;为提高两者的刚度,对床身和主轴箱结构参数进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析结果确定影响整机质量... 详细信息

提出一种基于灵敏度分析的焊机多工况结构优化设计方法。首先利用有限元方法对焊机整机进行静力学分析,找出床身和主轴箱为系统薄弱环节;为提高两者的刚度,对床身和主轴箱结构参数进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析结果确定影响整机质量和柔度较大的关键尺寸,并对其进行多工况尺寸优化;对优化后的整机结构静力学分析结果表明,主轴组件径向最大变形满足焊机设计指标要求,整机静态刚度得到提高。最后,通过实验验证了仿真结果的准确性,说明此优化方法对连续驱动摩擦焊机结构优化行之有效。

关键词：连续驱动摩擦焊机静力学分析灵敏度分析多工况尺寸优化

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