類橢圓截面伸縮臂接觸非線性探析及結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前，鐵路起重機(jī)已經(jīng)成為保證鐵路暢通不可或缺的重要裝備，作為鐵路起重機(jī)的主要承載構(gòu)件，伸縮臂的設(shè)計(jì)合理與否，直接影響起重機(jī)的承載能力、整機(jī)實(shí)用性和安全可靠性。
　　 本文以1700t·m大噸位雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機(jī)為研究對(duì)象，探析了伸縮臂與滑塊三維摩擦接觸非線性機(jī)理，并對(duì)伸縮臂結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　 (1)基于ANSYS Workbench協(xié)同仿真平臺(tái)，完成了一種新型非對(duì)稱類橢圓截面伸縮臂的參數(shù)化建

2、模、有限元分析和基于響應(yīng)面法的MOGA(多目標(biāo)遺傳算法)的輕量化設(shè)計(jì)。分析了常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)方法、響應(yīng)面的構(gòu)建以及基于響應(yīng)面法的優(yōu)化算法，并深入研究了各輸入與輸出參數(shù)的相關(guān)性。研究表明:各節(jié)臂翼緣板厚對(duì)其應(yīng)力影響很大，腹板高度和間距對(duì)伸縮臂整體應(yīng)力影響最大。優(yōu)化后的伸縮臂自重降低了21.09％，輕量化設(shè)計(jì)頗有成效，為今后大型工程機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的思路。
　　 (2)面對(duì)高度非線性的一種新型對(duì)稱類橢圓截面伸縮臂優(yōu)化

3、模型，利用正交試驗(yàn)法獲取樣本，研究了基于7種不同訓(xùn)練算法下的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)擬合效果的影響。與啟發(fā)式算法相比，采用數(shù)值優(yōu)化算法能獲得更快的收斂速度和更高的網(wǎng)絡(luò)精度，其中，Levenberg-Marquardt算法的優(yōu)勢(shì)更加突出。最后選取罰函數(shù)法處理約束條件以實(shí)現(xiàn)全局搜索，利用LM-BP網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法對(duì)伸縮臂進(jìn)行尋優(yōu)，伸縮臂自重降低了17.92％，大大提高了設(shè)計(jì)時(shí)效性，為解決工程實(shí)際中高度復(fù)雜的非線性優(yōu)化問題提供了參考。
　　 (3

4、)指出了伸縮臂局部應(yīng)力的傳統(tǒng)解法之不足，概述了求解接觸問題的數(shù)值方法。創(chuàng)造性地提出考慮伸縮油缸的支撐作用，并正確定義了油缸與伸縮臂之間的約束關(guān)系。借助專業(yè)非線性分析軟件ABAQUS，成功建立了伸縮臂與滑塊三維摩擦接觸模型，真實(shí)地反映伸縮臂實(shí)際工作狀態(tài);探明了伸縮臂與滑塊接觸區(qū)域附近的應(yīng)力響應(yīng)情況。研究表明:伸縮油缸承受了大部分的軸向力，且存在較大轉(zhuǎn)動(dòng);本文中滑塊與伸縮臂典型接觸區(qū)域相對(duì)摩擦滑動(dòng)約10mm，釋放接觸面上的節(jié)點(diǎn)自由度更加符合