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拖拉机驾驶室的有限元分析及优化设计

作　者: 刘云
导　师: 蹇兴东；史庆春
学　校: 南京农业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 拖拉机驾驶室 有限元 强度分析 模态分析 结构优化设计
分类号: S219.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着社会的进步,人们在劳动生产中不仅要求高的工作效率,而且对生产工作中的安全性的要求也愈来愈高。本文就是根据这一观点把有限元理论应用在拖拉机驾驶室设计上,使得驾驶员能安全地进行工作。本文基于CAD软件Pro/Engineer建立了拖拉机驾驶室结构的实体模型,借助于前后处理软件ALTAIR/HYPERMESH得到其有限元模型,利用ANSYS有限元分析软件模拟了该拖拉机驾驶室静载试验的后推、后压、侧推、前压、前推的试验过程。分析表明,该驾驶室受到的最大应力值小于材料的强度极限,满足设计的要求。其次,对驾驶室进行了模态分析,计算出驾驶室的模态振型与相应的固有频率,通过固有频率与振型从整体上考虑驾驶室的局部强度问题。最后,对驾驶室各组件进行参数化建模,以驾驶室的板厚作为设计变量,以驾驶室总质量为设计目标,运用ANSYS软件优化模块,得出了最优化的驾驶室各组件的厚度尺寸,降低了驾驶室的质量,节约了原材料。本文的研究结果表明有限元法和ANSYS软件为驾驶室结构及动力特性的仿真以及优化设计提供了良好的基础理论和方法,为研究整车振动、疲劳和噪声等问题奠定了基础,对厂家的生产实践具有指导意义。

全文目录


摘要  7-8ABSTRACT  8-9第一章 绪论  9-14  1.1 本课题的研究目的和意义  9-11  1.2 拖拉机驾驶室的研究概况  11-12  1.3 本课题的研究内容  12-14第二章 非线性有限元分析的基本理论  14-24  2.1 引言  14-15    2.1.1 材料非线性  14    2.1.2 几何非线性  14-15    2.1.3 接触非线性  15  2.2 非线性问题的基本数值解法  15-20    2.2.1 直接迭代法(逐次逼近法)  15-17    2.2.2 牛顿-拉斐逊(Newton-Raphson)方法  17-19    2.2.3 初始刚度法(修正的牛顿-拉斐逊方法)  19    2.2.4 载荷增量法  19-20  2.3 应用ANSYS求解非线性问题  20-23    2.3.1 非线性分析的特性  20-22    2.3.2 非线性分析基本步骤  22-23  2.4 本章小结  23-24第三章 拖拉机驾驶室有限元模型的建立  24-36  3.1 引言  24  3.2 所用软件介绍  24-26    3.2.1 CAD软件Pro/Engineer  25    3.2.2 前后处理软件ALTAIR/HYPERMESH  25-26    3.2.3 计算分析软件ANSYS  26  3.3 有限元方法简介  26-27  3.4 结构分析的基础概念  27-29    3.4.1 概述  27-28    3.4.2 结构强度与刚度分析  28-29  3.5 拖拉机驾驶室的有限元模型  29-35    3.5.1 建立拖拉机驾驶室几何模型  29-30    3.5.2 实体模型的几何清理  30-31    3.5.3 单元的选择  31-32    3.5.4 拖拉机驾驶室的材料特性和物理特性  32-33    3.5.5 有限元模型的描述  33-35  3.6 本章总结  35-36第四章 拖拉机驾驶室的强度分析  36-52  4.1 引言  36  4.2 驾驶室的安全强度准则  36-37  4.3 数值仿真计算过程  37-40    4.3.1 纵向加载(后推)仿真过程  38    4.3.2 垂直加载(后压)仿真过程  38-39    4.3.3 侧向加载(侧推)仿真过程  39-40  4.4 仿真结果的提取及分析  40-50    4.4.1 纵向加载(后推)  40-42    4.4.2 垂直加载(后压)  42-44    4.4.3 侧向加载(侧推)  44-46    4.4.4 二次垂直加载(前压)  46-48    4.4.5 二次纵向加载(前推)  48-50  4.5 本章小结  50-52第五章 拖拉机驾驶室的模态分析  52-61  5.1 引言  52  5.2 模态分析理论  52-53  5.3 模态分析的提取方法  53-54  5.4 模态分析的步骤  54-55  5.5 模态分析的目的  55  5.6 模态评价的原则  55-56  5.7 拖拉机驾驶室的模态分析  56-59    5.7.1 模态分析模型  56    5.7.2 模态分析结果  56-59    5.7.3 模态分析评价  59  5.8 本章小结  59-61第六章 拖拉机驾驶室的优化设计  61-68  6.1 引言  61  6.2 结构的优化设计  61-64    6.2.1 优化设计数学模型的基本术语  61-63    6.2.2 优化设计方法  63-64  6.3 ANSYS优化设计的基本过程  64  6.4 拖拉机驾驶室的优化设计  64-67    6.4.1 拖拉机驾驶室优化设计模型的建立  64-65    6.4.2 优化设计结果及分析  65-67  6.5 本章小结  67-68第七章 结论与展望  68-71  7.1 结论  68-69  7.2 展望  69-71参考文献  71-73致谢  73-75攻读硕士学位期间发表的学术论文  75

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中图分类: > 农业科学 > 农业工程 > 农业动力、农村能源 > 拖拉机 > 一般性问题 > 设计、计算、制图
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