子結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化和虛擬樣機技術(shù)研究及其在裝載機結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用.pdf

1、大型裝備的優(yōu)化問題是近幾十年來學術(shù)和工程界研究的熱點，根據(jù)優(yōu)化目標的不同，發(fā)展出眾多優(yōu)化理論和計算方法。
　　 以結(jié)構(gòu)靜力學和動力學為基礎(chǔ)，有限元方法為工具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，特別是結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化是近年來結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域中的前沿課題，在計算方法上，子結(jié)構(gòu)理論成為解決大規(guī)模和復雜結(jié)構(gòu)有限元計算的有效手段。
　　 結(jié)合結(jié)構(gòu)動力學和機構(gòu)運動學的虛擬樣機技術(shù)是代替物理樣機對產(chǎn)品進行創(chuàng)新設(shè)計優(yōu)化的數(shù)字化設(shè)計方法，用以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本、

2、改進質(zhì)量。
　　 裝載機是我國工程機械領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模最大的產(chǎn)品。本文結(jié)合相關(guān)課題，以輪式裝載機為研究對象，對裝載機機罩進行了基于子結(jié)構(gòu)的有限元分析和拓撲優(yōu)化；對裝載機工作裝置進行了運動特性研究和虛擬優(yōu)化設(shè)計。主要內(nèi)容有：
　　 (1)結(jié)合裝載機機罩結(jié)構(gòu)輕量化課題，研究了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的原理和方法及連續(xù)體拓撲優(yōu)化方法，研究了靜態(tài)子結(jié)構(gòu)方法基本原理及具體應(yīng)用。
　　 (2)建立了機罩有限元模型，對其進行了靜力和模態(tài)分析。

3、針對機罩存在質(zhì)量大，有開裂現(xiàn)象等問題，以體積和頻率為約束，以機罩各工況載荷下結(jié)構(gòu)剛度最大作為目標函數(shù)，依據(jù)SIMP理論，采用帶權(quán)重的折衷規(guī)劃法，運用OptiStruct對機罩進行了多目標拓撲優(yōu)化設(shè)計，得到機罩的最優(yōu)結(jié)構(gòu)布局。并依據(jù)優(yōu)化結(jié)果，對機罩進行重新設(shè)計，給出了優(yōu)化機罩性能前提下的輕量化結(jié)構(gòu)具體方案。
　　 (3)結(jié)合裝載機工作裝置優(yōu)化設(shè)計課題，研究了虛擬樣機在工作裝置優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用。運用ADAMS建立了工作裝置的虛擬樣機