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纸机压榨辊的有限元分析及优化设计

作　者: 周家付
导　师: 吴解生
学　校: 南京林业大学
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 造纸机压榨辊特征造型有限单元法模糊可靠性优化设计
分类号: TS734
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 84次
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内容摘要

随着现代技术的高速发展,高新技术在现代设计中应用的越来越广泛,如CAD,CAE,CAM等计算机辅助设计方法在国际上应用越来越普遍。这些现代设计方法不但提高了设计速度,使设计出来的产品更加可靠和美观,并且可以节省大量的人力、物力,大大提高产品的竞争力。然而,在国内,这些先进的设汁方法才刚刚开始被一些公司应用,因此,为了尽快缩短我们和国外先进技术的差距,应该大力推这些现代设计方法的应用。压榨辊作为纸机的一个重要的部件,在作业过程中所处工况较其他机械设备更恶劣,其所承受工作载荷也随着造纸机生产能力的不断提高需要而越来越大,因此有必要对压榨辊进行更为科学合理的设计。本文根据有限单元法理论,应用AUTOCAD建立了特征造型的纸机压榨辊实体模型,并应用ANSYS有限元分析软件,建立了该压榨辊的有限元模型,进行了精确的网格划分,确定了模型的约束和加载的位置及形式,对实际工况下的压榨辊进行了强度和刚度分析,预测出压榨辊工作过程中的最大应力部位及变形趋势,为设计纸机压榨辊提供了重要依据。同时本文利用模糊可靠性研究理论对纸机压榨辊进行了模糊可靠性分析,并对压榨辊进行了模糊可靠性优化设计。文中采用失效模式影响的模糊综合评估方法对压榨辊系统中可能出现的失效模式、失效原因和失效后果进行模糊综合分析,确定失效严重程度的排序,并提出相应的改进措施,以提高系统的工作可靠性,尽量减少系统故障率。在可靠性分析的基础上,本文对系统可靠度进行合理分配,为压榨辊的模糊可靠性优化设计提供了适当的可靠性数据。根据压榨辊的工作特点及设计要求,本文运用模糊数学原理对压榨辊部分进行了分析,建立了数学模型,将压榨辊的模糊优化模型转化为常规优化模型,并编制了相应的优化程序进行优化计算。

全文目录

致谢  2-3
摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 课题来源及选题依据  8-9
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 课题选题依据  8-9
  1.2 国内外研究动态  9
  1.3 课题研究工作的设想  9-10
    1.3.1 课题目标及研究内容  9
    1.3.2 研究方法  9-10
  1.4 课题突破  10-11
  1.5 课题在理论或实际应用方面的价值及可能达到的水平  11
  1.6 本章小结  11-12
第二章有限元分析的理论基础  12-23
  2.1 弹性力学及有限元的基本方程  12-16
    2.1.1 平衡方程  12-13
    2.1.2 几何方程  13-14
    2.1.3 物理方程  14-15
    2.1.4 边界条件  15-16
  2.2 弹性力学通往有限元分析的延伸  16-18
    2.2.1 变形体的主应力  16-17
    2.2.2 弹性变形中的能量表示  17
    2.2.3 虚功原理和最小势能原理  17-18
  2.3 有限元分析的基本概念  18-22
    2.3.1 有限元模型  18
    2.3.2 有限元分析中的自由度  18-19
    2.3.3 节点和单元  19
    2.3.4 单元型函数  19
    2.3.5 有限元求解的步骤  19-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章基于特征造型CAD技术的发展及应用  23-28
  3.1 CAD技术的发展概述  23-25
  3.2 特征的概念  25-26
  3.3 国内外对基于3D特征技术的研究及应用  26-28
第四章 ANSYS有限元分析软件介绍  28-33
  4.1 有限元软件的发展及应用  28
    4.1.1 当前国内外有限元软件发展概况  28
    4.1.2 我国有限元软件的发展情况  28
  4.2 大型有限元软件ANSYS应用  28-32
    4.2.1 ANSYS功能介绍  29
    4.2.2 ANSYS的发展  29
    4.2.3 ANSYS特点  29-31
    4.2.4 ANSYS数据接口程序  31-32
    4.2.5 输入实体模型.  32
    4.2.6 ANSYS软件的质量认证  32
  4.3 本章小结  32-33
第五章用ANSYS对纸机压榨辊进行有限元分析  33-47
  5.1 纸机压榨辊实体建模的基本思路  34
  5.2 压榨辊结构的有限元模型建立  34-36
  5.3 纸机压榨辊三维有限元模型的网格划分  36-41
  5.4 压榨辊有限元求解及结果分析  41-46
    5.4.1 有限元求解  41
    5.4.2 结果分析  41-46
  5.5 本章小结  46-47
第六章模糊可靠性优化设计理论  47-54
  6.1 概述  47
  6.2 模糊可靠性优化设计理论  47-53
    6.2.1 数学模型  47-48
    6.2.2 对称模糊优化设计  48-51
    6.2.3 非对称模糊优化设计  51-53
  6.3 本章小结  53-54
第七章压榨辊模糊可靠性优化设计  54-61
  7.1 概述  54
  7.2 优化软件的选用  54-55
  7.3 压榨辊强度为模糊变量时的数学表征  55
  7.4 MATLAB优化算法的几何描述  55-56
    7.4.1 建立数学模型  55
    7.4.2 数学求解  55-56
    7.4.3 MATLAB优化算法的实现  56
  7.5 压榨辊模糊可靠性优化设计数学模型的建立  56-57
    7.5.1 确定设计变量  56
    7.5.2 目标函数  56
    7.5.3 确定约束条件  56-57
  7.6 模糊约束隶属函数的确定  57-58
  7.7 模糊可靠性优化设计的求解  58-59
  7.8 MATLAB优化算法的实现  59-60
  7.9 本章小结  60-61
第八章主要结论  61-62
附录命令流  62-66
参考文献  66-68
详细摘要  68-70

纸机压榨辊的有限元分析及优化设计

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