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高空作业平台工作机构现代设计方法研究——基于虚拟样机技术的建模方法及机构的仿真、分析与优化

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致谢

第一章绪论

1.1论文的研究背景与课题目的

1.1.1国内外高空作业平台发展现状

1.1.2本课题研究的主要内容

1.1.3本课题研究的目的与意义

1.2国内外研究现状与相关技术

第二章基于有限元方法的结构分析理论

2.1结构有限元分析的基本原理

2.2有限单元法分析的基本步骤

2.3有限单元法对结构动态特性的分析

2.3.1固有振动特性分析原理

2.3.2固有特性的计算方法

2.4高空作业平台工作机构分析的有限元法应用

2.4.1有限元单元的划分

2.4.2有限元分析方法的选择

2.5本章小结

第三章高空作业平台工作机构的有限元分析与应力测试验证

3.1 GTB16型空作业平台结构简介

3.2高空作业平台工作机构有限元建模方法

3.2.1工作机构整体与零部件的CAD模型

3.2.2 ANSYS与Pro/Engineer的接口

3.2.3三种不同的分析技术路线

3.2.4结构有限元分析静态分析时所采用的三种工况

3.2.5不同技术路线的分析结果

3.3整机的静强度测试

3.3.1实验装置与实验方法

3.3.2数据处理方法

3.3.3实验结果

3.3.4实验结果与有限元分析结果的比较分析

3.4 小结

第四章工作机构在危险工况下的强度预测

4.1危险工况

4.2危险工况下的力边界条件以及位移边界条件

4.3三种危险工况的分析结果

4.4结构的屈曲分析

4.4.1结构的非线性屈曲分析

4.4.2结构线性屈曲分析的结果

4.4.3结构非线性屈曲分析结果

4.5 小结

第五章工作机构的模态分析与动态测试

5.1模态分析理论

5.1.1结构的传递函数

5.1.1瞬态激励作用下结构的响应

5.2伸缩臂结构动力学分析有限元模型的建立

5.2结构有限元模型的动力学分析

5.2.1工作机构的模态分析

5.2.2谐响应分析

5.3结构的模态测试与分析

5.3.1测试方法与测试系统

5.3.2测试结果后处理与结果分析

5.4小结

第六章基于瑞雷能量法的伸缩臂动态特性灵敏度分析

6.1瑞雷能量法的基本原理

6.2模型简化

6.2.1基本假设

6.2.2模型简化

6.3灵敏性分析

6.3.1分析过程

6.3.2一阶简化模型的分析计算

6.3.3二阶简化模型的分析计算

6.4结果分析

6.5小结

第七章伸缩臂的结构拓扑优化设计与分析

7.1拓扑优化方法理论

7.2几种拓扑优化方法的比价

7.3 ANSYS拓扑优化的过程与方法

7.4伸缩臂结构的拓扑优化

7.5改进后的性能比较

7.6小结

第八章总结与展望

8.1论文的主要成果

8.2关于研究的进一步展望

参考文献

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摘要

高空载人作业平台技术发展不仅是使起重臂伸得更快、吊的更高、吊重更大,还应具有更高的工作平稳性、可靠性。本文依据虚拟样机的现代设计理念与技术路线,针对GTB16型高空载人作业平台的工作机构,探讨了其物理样机的数字化建模与功能虚拟样机仿真与分析等软件集成应用的方法,采用不同的集成应用技术进行了机构的静态特性仿真,动态优化分析,以实验测试对各方法的分析结果进行了验证与比较,确定了针对实际对象、与实测结果最为接近的该型平台工作机构的虚拟样机分析模型。依据此模型,进一步对平台工作机构的刚性、强度、工作稳定性和安全性进行了分析预测,提出一些得到企业认可的结构改进建议。 主要研究内容: (1)采用不同建模方法对伸缩臂结构进行有限元分析,以实验静力学测试对分析结果进行验证; (2)以较准确反映结构实际静态特性的分析模型对伸缩臂结构在危险工况下的强度进行了分析与预测; (3)对伸缩臂结构进行了模态分析与实验,验证分析结果的准确性; (4)以瑞雷能量法为基础建立结构振动的简化模型,对灵敏度进行了分析; (5)以不同目标分别对三节臂进行了拓扑优化,经过多次迭代优化,改进后的工作机构的动静态性能都得到了较大的提高。

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