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基于多体动力学和有限元法联合仿真的机械产品设计方法研究

作　者: 乔红娇
导　师: 王勇
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 动态设计方法地下铲运机液压摆式剪板机多体系统动力学有限元法联合仿真刚柔耦合疲劳寿命计算
分类号: TH122
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

机械产品日益向高效、高速、精密、轻量化和自动化方向发展,传统的设计、分析方法已难以满足现代产品的工作性能要求。结构系统除了具有良好的静态性能外,还必须具有良好的动态性能。因而对机械产品结构系统动态设计方法的研究十分必要。本文针对在实际工程当中出现的关键问题,使用多体动力学与有限元联合仿真的方法,以地下铲运机与液压摆式剪板机为例,研究改善机械产品性能的动态设计和分析方法。论文介绍了多体动力学与有限元法的理论基础；使用ADAMS与ANSYS软件对地下铲运机工作装置进行刚柔耦合动力学建模,对其进行运动学与动力学仿真分析,并对动臂进行了有限元分析和疲劳寿命计算；使用ADAMS与ABAQUS软件对液压摆式剪板机进行多刚体动力学建模,对整机进行运动学与动力学仿真分析,并对刀架和机架进行有限元分析,且对薄弱部位进行了加强和非薄弱部位进行了轻量化改进；研究了多体动力学与有限元联合仿真数据传递机理,将多体动力学与有限元联合仿真法上升为一种动态设计方法,并总结出针对一般机械产品的动态设计方法,将其应用到更多工程实例中,来研究产品的动态特性。使用多体动力学与有限元联合仿真法对产品结构动态特性进行分析,不仅成功地解决了实际工程中的具体问题,而且极大地丰富和发展了机械产品结构的设计理念,对产品结构的现代化数字设计具有重要的理论和工程应用价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-16
第一章绪论  16-23
  1.1 机械产品结构动态设计的发展综述  16-18
    1.1.1 机械结构动态设计的发展现状  16-17
    1.1.2 机械结构动态设计的意义  17
    1.1.3 机械产品结构主要动态设计方法  17-18
  1.2 多体系统动力学在动态设计中的研究背景  18-20
  1.3 有限元法在动态设计中的研究背景  20-21
  1.4 课题背景及主要研究内容  21-23
    1.4.1 课题来源  21
    1.4.2 主要研究内容  21-23
第二章多体系统动力学与有限元基本理论  23-31
  2.1 多体系统动力学基本理论  23-27
    2.1.1 多刚体系统动力学基本理论  23-25
    2.1.2 多柔体系统动力学基本理论  25-27
  2.2 有限元法理论基础  27-30
    2.2.1 有限元法的基本思想  27
    2.2.2 有限元法的理论基础  27-30
      2.2.2.1 静力学有限元分析理论  28-29
      2.2.2.2 模态分析理论  29-30
  2.3 本章小结  30-31
第三章多体系统动力学和有限元法在铲运机上的应用  31-60
  3.1 铲运机工作装置结构原理与设计要求  31-33
    3.1.1 工作装置的基本组成及工作原理  31-32
    3.1.2 工作装置的工作过程  32-33
    3.1.3 工作装置设计的基本要求  33
  3.2 问题的提出  33-34
  3.3 工作装置多刚体系统运动学与动力学仿真研究  34-48
    3.3.1 工作装置多体系统模型的建立  34-36
      3.3.1.1 工作装置几何模型的建立  34
      3.3.1.2 工作装置物理模型的建立  34-36
    3.3.2 对称载荷工况工作装置的仿真  36-46
      3.3.2.1 工作装置力学分析  36-39
      3.3.2.2 工作装置运动学分析  39-42
      3.3.2.3 工作装置动力学分析  42-46
    3.3.3 极限偏载工况下工作装置的仿真  46-48
  3.4 工作装置刚柔耦合系统动力学仿真研究  48-55
    3.4.1 铲运机柔性动臂建模  48-51
      3.4.1.1 动臂模态中性文件的生成  49
      3.4.1.2 动臂模态分析  49-51
      3.4.1.3 柔性动臂的导入  51
    3.4.2 动臂刚柔耦合动力学仿真分析  51-53
    3.4.3 柔性动臂动态载荷谱的导出  53
    3.4.4 柔性动臂强度、刚度计算  53-55
  3.5 原动臂疲劳分析  55-57
  3.6 动臂改进分析  57-58
  3.7 本章小结  58-60
第四章多体系统动力学和动态有限元在剪板机上的应用  60-71
  4.1 问题的提出  60
  4.2 剪板机简介  60-62
    4.2.1 剪板机的剪切机理  60-61
    4.2.2 剪板机结构  61
    4.2.3 剪板机工作原理  61-62
  4.3 剪板机运动学与动力学仿真  62-66
    4.3.1 剪板机虚拟样机模型的建立  62-63
    4.3.2 刀架运动学分析  63-64
    4.3.3 刀架动力学分析  64-65
    4.3.4 其它参数动力学分析  65-66
  4.4 剪板机有限元分析  66-69
    4.4.1 刀架有限元分析  66-67
    4.4.2 床身有限元分析  67-69
  4.5 剪板机改进方案设计  69-70
    4.5.1 机架改进方案  69
    4.5.2 改进后模型有限元分析  69-70
  4.6 本章小结  70-71
第五章多体动力学与有限元联合仿真方法研究及应用  71-80
  5.1 联合仿真的意义  71
  5.2 多体动力学与有限元联合仿真方法研究  71-77
    5.2.1 联合仿真方法基本思想总结  72
    5.2.2 动态载荷谱的提取与集成  72-74
    5.2.3 零件载荷信息的转化  74-75
    5.2.4 联合仿真方法过程的总结  75-77
  5.3 基于多体动力学与有限元联合仿真法的动态设计方法总结  77-79
  5.4 本章小结  79-80
第六章总结与展望  80-82
  6.1 论文工作总结  80
  6.2 工作展望  80-82
参考文献  82-86
攻读学位期间发表的论文  86-87
参与工作项目  87

基于多体动力学和有限元法联合仿真的机械产品设计方法研究

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