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某户外机柜结构优化设计与验证

作　者: 张忠兴
导　师: 张建武；李昌磊
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 机柜优化设计模态分析动力响应
分类号: TH122
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

机柜的强度和动力学特性对机柜和内部器件的使用寿命以及可靠性起到至关重要的影响。本论文对机柜的结构强度、动态性能进行研究,找到了合理科学的分析方法,为机柜强度和动态特性设计提供参考依据。论文以材料力学、机械振动学理论和有限单元方法为基础,运用优化设计方法对立柱截面进行了优化;利用有限元对机柜分别进行了模态分析、随机振动分析和瞬态动力响应行为的分析和研究。论文首先使用正交设计和灵敏度分析方法对机柜立柱截面以及几何尺寸进行了优化设计,得到了设计约束下的最优解。重点研究了结构动力分析的实现方法,对建模方法、结构刚度的提高等进行了重点分析。通过分析、比较三种不同角件处理方法,根据有限元模型的模态分析结果,确定了三通形式的最佳角件方案。最后,使用有限元软件分别以标准中规定的随机振动试验环境和地震动试验环境为激励,进行了动力响应计算,并对结构的动力学性能进行了评估。数值分析显示机柜动态性能符合设计要求。本文还进行了机柜的振动特性台架试验,分别进行了随机振动与地震动模拟试验,检查、分析随机振动响应结果和时程响应结果,发现数值分析结果大致与台架试验结果相符。论文所使用的动态性能分析方法是可靠、可行的,能够为设计、生产提供理论依据和指导。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 机柜结构动力响应研究概况  9-11
  1.3 论文工作  11-12
第2章动力响应理论  12-25
  2.1 引言  12
  2.2 结构动力响应分析相关理论  12-20
    2.2.1 结构固有特性分析理论  12-14
    2.2.2 结构冲击响应分析理论  14-17
    2.2.3 随机振动响应分析理论  17-20
  2.3 结构动力响应的有限元仿真技术  20-24
    2.3.1 有限元分析的一般步骤  20-22
    2.3.2 ANSYS 用于机柜设备结构动力响应分析的可行性  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章某户外机柜的结构优化设计  25-54
  3.1 机柜立柱截面的正交优化  25-30
    3.1.1 试验方案设计  26-27
    3.1.2 试验指标的确定与试验过程  27-29
    3.1.3 试验数据处理与结果  29-30
  3.2 截面形状尺寸的优化  30-38
    3.2.1 截面变量的灵敏度分析  31-34
    3.2.2 截面结构优化  34-38
  3.3 机柜模型在 Pro/E 中的实现  38-41
    3.3.1 PRO/E 建模功能  38
    3.3.2 目标机柜的建模方案  38-41
    3.3.3 从PRO/E 中将数据导入ANSYS  41
  3.4 框架刚度提高过程  41-46
    3.4.1 模型简化  41-42
    3.4.2 框架模态分析  42-46
  3.5 优化局部刚度  46-51
  3.6 整体机柜的模态求解  51-53
  3.7 本章小结  53-54
第4章仿真分析与实验验证  54-73
  4.1 ANSYS 随机振动分析  54-59
    4.1.1 随机振动激励  54-56
    4.1.2 位移和应力标准差分布及分析  56-58
    4.1.3 响应加速度功率谱  58-59
  4.2 时程动力分析  59-61
    4.2.1 时程动力分析过程  59-61
  4.3 振动台随机振动试验  61-63
    4.3.1 试验内容  61-62
    4.3.2 试验设备  62
    4.3.3 试件布置以及试验过程  62-63
  4.4 地震台试验  63-72
    4.4.1 试验内容  63
    4.4.2 实验设备  63-64
    4.4.3 试件安装及传感器布置图  64-65
    4.4.4 试验过程及结果  65-72
  4.5 本章小结  72-73
第5章总结与展望  73-75
  5.1 论文的主要工作  73
  5.2 研究工作的创新点  73-74
  5.3 展望  74-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
攻读学位期间发表的文章  79-81

某户外机柜结构优化设计与验证

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