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专用立式吊具机构优化设计与仿真研究

作　者: 曹文君
导　师: 郑建荣
学　校: 华东理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 立式吊具模糊综合评价虚拟样机应力分析参数化分析
分类号: TF341.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

专用吊具在不同行业得到广泛的应用,种类繁多,本论文以冶金行业专用立式钢卷吊具作为研究对象展开系统的分析。针对立式吊具方案选择和评价中的因素种类繁多,具有关联性和模糊性等特点,建立了立式吊具的三级模糊综合评价体系。对单臂和双臂立式吊具进行三级模糊综合评价,筛选出双臂立式吊具方案作为本文吊具研究的设计结构方案。对双臂立式吊具的结构和工作原理进行分析,建立曲杆开合范围的数学关系式。对拉杆、曲杆、内钳臂等进行受力分析,获得各个铰接处以及对夹紧力的参数化关系和数学模型。利用Pro/E完成各个零部件几何模型的设计,在ADAMS平台构建双臂立式吊具的虚拟样机仿真模型,针对不同的试验工况,对吊具功能的实现、铰接副受力和夹紧力等进行了较全面的动力学仿真试验分析,并进行了验证。在ABAQUS平台建立了吊具的拉杆、曲杆和内钳臂等主要受力件的有限元分析模型,基于吊具虚拟样机的系统分析结果,进行有限元结构应力分析,用第四强度理论验证各个杆件的强度状况。针对研究中发现的钳脚对钢卷的夹紧力过大等问题,建立吊具结构的优化模型,进行参数化分析,获得吊具重量、夹角、曲杆长度等变化的影响规律,为寻找吊具结构的最优解奠定了基础。本文利用虚拟样机技术,对双臂立式吊具的理论分析、建模、仿真试验分析等进行了较全面的研究,提高了吊具系统的研发效率和使用性能,有助于提高大型专用吊具的设计开发水平。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章前言  11-23
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-20
    1.2.1 立式吊具方案设计的研究  12-15
    1.2.2 立式吊具优化设计研究  15-17
    1.2.3 立式吊具系统动力学仿真研究  17-19
    1.2.4 立式吊具现有问题的研究  19-20
  1.3 课题的研究内容和技术路线  20-23
    1.3.1 课题主要研究内容  20-21
    1.3.2 课题的技术路线  21-23
第2章立式吊具结构方案选型和评价  23-34
  2.1 方案评价法的选择  23
  2.2 模糊综合评价法简介  23-25
  2.3 立式吊具综合评价方法选择  25
  2.4 立式钢卷吊具结构方案评价  25-33
    2.4.1 吊具结构方案的评价因数集分析  25-26
    2.4.2 吊具方案因素权重集和隶属度分析  26-29
    2.4.3 三级模糊综合评价  29-33
    2.4.4 两种吊具方案评分比较  33
  2.5 本章小结  33-34
第3章立式钢卷吊具分析的数学建模  34-43
  3.1 双臂立式吊具的工作原理  34-36
    3.1.1 立式吊具杆件机构工作原理  34-35
    3.1.2 立式吊具自锁机构工作原理  35-36
  3.2 立式吊具设计的数学模型  36-42
    3.2.1 立式吊具杆件机构分析  36-37
    3.2.2 曲杆的开合范围  37-38
    3.2.3 拉杆的受力分析  38-39
    3.2.4 曲杆各支点受力分析  39-40
    3.2.5 内钳臂受力分析  40-41
    3.2.6 吊具受力计算数学模型  41-42
  3.3 本章小结  42-43
第4章立式钢卷吊具的虚拟样机仿真建模  43-54
  4.1 虚拟样机建模与求解过程  43
  4.2 立式钢卷吊具结构和三维CAD设计  43-46
    4.2.1 立式钢卷吊具结构  43-44
    4.2.2 立式钢卷吊具三维CAD设计  44-46
  4.3 基于ADAMS平台的虚拟样机建模  46-53
    4.3.1 虚拟样机仿真系统几何模型  46-47
    4.3.2 环境和材料特性  47
    4.3.3 约束模型  47-49
    4.3.4 吊具接触力模型  49-52
    4.3.5 吊具虚拟样机仿真模型  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章基于虚拟样机的立式吊具仿真试验分析  54-65
  5.1 吊具机构运动的虚拟试验  54-56
    5.1.1 起吊钢卷过程的虚拟试验  54-55
    5.1.2 卸载钢卷过程的虚拟试验  55-56
  5.2 立式吊具性能仿真分析  56-61
    5.2.1 试验工况的设置  56-57
    5.2.2 立式吊具的起吊平稳性分析  57
    5.2.3 立式吊具杆件铰接副的受力分析  57-60
    5.2.4 钳脚对钢卷的夹紧力分析  60-61
  5.3 立式吊具计算结果的验证  61-64
  5.4 本章小结  64-65
第6章立式钢卷吊具零部件的有限元分析  65-73
  6.1 ABAQUS有限元分析流程  65
  6.2 吊具杆件的有限元分析模型  65-70
    6.2.1 环境与材料属性  66-67
    6.2.2 杆件分析位置设置  67-68
    6.2.3 载荷和边界条件定义  68-70
    6.2.4 网格划分  70
  6.3 吊具杆件应力结果分析  70-72
    6.3.1 杆件应力分布结果分析  70-71
    6.3.2 杆件结构强度校核  71-72
  6.4 本章小结  72-73
第7章立式钢卷吊具的参数化分析与优化  73-78
  7.1 机构的优化分析  73
  7.2 立式钢卷吊具优化模型的建立  73-74
  7.3 优化模型的参数化分析与研究  74-77
    7.3.1 曲杆长度变化的影响研究  74-75
    7.3.2 夹角变化的影响研究  75-76
    7.3.3 双因素变化影响的讨论  76-77
  7.4 本章小结  77-78
第8章总结与展望  78-80
  8.1 总结  78-79
  8.2 展望  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
攻读硕士期间已发表的论文或专利  84

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