基于优化和有限元分析的人字架结构设计
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第 28卷第 4期V01.28 NO.4湖 北 工 业 大 学 学 报Journal of Hubei University of Technology2013年 O4月Aug.2013[文章编号]1003—4684(2013)02—0075—02基于优化和有限元分析的人字架结构设计刘诗文,何毅斌 ,张 雨,杨兵宽(武汉工程大学机电学院,湖北 武汉 430073)[摘 要]应用 Matlab编程对人字架结构进行优化设计 ,根据优化所得数据,应用 Solidworks对人字架进行了三维建模和有限元分析,得到其应力、位移分布图.该设计方法不仅可以得到人字架的最优化结构,满足工程实际需求,还可根据可视化有限元分析结果 ,对设计结构进行相应调整,在强度满足的条件下实现产品轻量化的要求.
[关键词]人字架结构;优化设计;有限元分析;轻量化[中图分类号]THI22 [文献标识码]:A人字架与转 台、转柱构成 了门座起重机臂架 系统和平衡系统的支承结构 ],在不降低设备零部件强度的前提下,进行结构轻量化研究,对机械设备制造具有非常重要的意义.目前利用 Matlab进行机械优化设计的方法 日趋成熟,但优化结果多用于理论研究,Solidworks中的有限元分析模块不仅能够显示机械设备三维结构,而且能够提供广泛的分析工具去检验和分析复杂零件和装配,可以直观地反映出应力、应变等计算结果 ].为此,采用 Matlab优化和 Solidworks中的有限元分析对机械构件人字架进行研究.
1 人字架结构分析如图 1所示的人字架 ,由两个壁厚为 T、平均直径为 D的空心管杆件组成,人字架跨距为 B,高度为 H ,两构件间用活动铰链联 接,杆件与机架之间用固定铰链联结.
F A—A图 1 人字架结 构及截面 图不计人字架杆的重量,它是一个二力杆 ,人字架顶端有集中力P作用时,在两个杆件上各 自产生轴线方向上的支座反力Q,构成力矢量三角形,a为 P与 Q的夹角.
由静力平衡条件有户/2 ~/(B/2) +HcOs a 2H ’钢管界面上的压应力Q P~/(B/2) +H丌DT 2丌H TD ‘约束条件: ≤ .由于人字架杆与杆之间和杆与机架之间采用的是铰链连接,此时 一1;压杆失稳时的临界力 :7/"2EI 7【2 EI 7c2 EI( L) L ((B/2) + .H。)‘失稳时的压应力F 7r E(T。+ D。)一 一 8×((B/2) +H )‘压感失稳时的临界约束: ≤ .结构尺寸f一2丌TD ((B/2) +H。)1/2.
强度约束 :一口 ≤ 0,—
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一 ≤ 。. 2丌H TD ~稳定性约束 :一 口 ≤ 0,且 . P~/(B /2)2 +H z
一 ≤ 。.
边界约束:D i ≤ D ≤ D? ,[收稿 日期]2013—03—30[作者简介]刘诗文(1989一),女,湖北武汉人,武汉理工大学硕士研究生,研究方向为机械工程
82 湖 北 工 业 大 学 学 报 2013年第4期High Power Gear Box Back to Back M achinery Closed TesterYANG Jin(w “ 鲫 P^ G 口r Transm ssi。72 C。.,Ltd.,Wuhan 430074,c九 n)[责任编校:张 众](上接第 76页)The Herringbone Frame Structure Based on Optimizationand Finite Element AnalysisLIU Shi—wen,HE Yi—bin,ZHANG Yu,YANG Bing—kuan(sc^。。z。,M c & 伽 Et肼 Engi凡.,Wuh口札 g。厂Tec矗·, 矗“”43OO73,c^ “)Abstract:M at1ab pr。gramming was used t。。ptimize the design of the herringb。ne structur e‘Ace ordi ng tothe。ptimized data,the study achieved the stress and displacement distributi。n map
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