SC型施工电梯参数化建模与轻量化研究
这是一篇关于施工电梯,SolidWorks二次开发,附墙架,拓扑优化,轻量化设计的论文, 主要内容为施工电梯又称施工升降机,是中、高层建筑施工垂直方向的主要运输装备。随着我国建筑行业讯速发展,国产施工电梯已得到广泛地应用,但较国外同类产品还有较大差距,究其原因主要是采用传统设计理论结合以往的设计经验,缺乏专业的施工电梯参数化设计平台,同时轻量化研究甚少,从而导致设计周期长、材料利用率低以及生产成本和使用成本高。因此,如何有效开展施工电梯参数化设计平台与轻量化深入研究是亟待研究的课题。为此,本文以SC型施工电梯为研究对象,运用现代设计方法、有限元与拓扑优化等理论,以及SQL Server数据库、Visual Studio、SOLIDWORKS、ANSYS等软件工具,具体围绕施工电梯的参数化建模、静力学分析和轻量化设计进行研究。具体研究工作如下:(1)施工电梯三维模型库的建立。基于某公司的SC型施工电梯实物测绘,采用Solid Works建立零部件和装配体三维模型库,按照标准节、吊笼、外笼和附墙架四个文件夹保存,对每个零件按照分类进行命名编号。(2)施工电梯参数建模系统的设计与开发。通过基于Solid Works的C#语言二次开发工具建立SC型施工电梯自动化参数建模系统。该系统可实现用户数据库与施工电梯三维模型库的连接,因此设计员可通过注册登录来使用该系统的标准节设计、吊笼设计、外笼设计和附墙架设计四个模块,从而调用模型库进行参数化建模。(3)施工电梯附墙架及外笼底座的静力学分析。基于建模系统生成的附墙架与外笼底座的模型分别建立有限元分析模型;对附墙架与外笼底座分别进行传统计算校核,并结合有限元静力学分析结果,验证其结构的合理性和安全性,且对外笼底座进行了结构优化设计;同时针对基于传统计算的静力学分析不足之处,提出在最危险工况下对附墙架、导轨架和外笼底座装配体的静力学分析方案,对比分析这两种不同方案结果,校核装配体整体强度和变形,验证结构的合理性和安全性,以及附墙架轻量化研究的必要性。(4)施工电梯附墙架的轻量化研究。提出了轻量化10%的目标,在ANSYS Workbench中对附墙架主架部位进行拓扑优化之后,完成了新附墙架的轻量化设计,再对新模型进行传统计算校核及有限元静力学分析,校核新附墙架的强度与变形是否满足,并对总装配体在最危险工况下的进行静力学分析,验证模型结构的合理性和安全性,再对比分析附墙架轻量化前后结果。综上,本文的研究将对施工电梯快速开发、静力学分析及轻量化设计提供较好的理论指导,希望进一步提高施工电梯的综合性价比和市场竞争力。
颈椎前路椎体次全切除术融合器的拓扑优化设计与生物力学分析
这是一篇关于颈椎前路椎体次全切除减压融合术,ACCF,融合器,拓扑优化,生物力学,有限元法的论文, 主要内容为目的:颈椎前路椎体次全切除减压融合内固定术(ACCF)是治疗脊髓型颈椎病的常用术式,术中所用传统融合器为钛网,钛网使用后可获得良好的稳定性和融合率,同时也带来了下沉这一严重的术后并发症。钛网的下沉和应力屏蔽效应及其与终板间的点状接触有关。本研究利用拓扑优化技术设计了新的个性化ACCF融合器,以改善应力屏蔽效应与点状接触问题;同时利用有限元法对比了新融合器与钛网,以验证新融合器的生物力学性能是否达到该目的。方法:根据一名19岁健康男性志愿者的CT数据重建了C3-C7的完整三维模型。椎体为弹性模量经CT值计算的非均质模型,椎间盘为Mooney-Rivlin超弹性模型,韧带为非线性弹簧单元。将C7下表面设置为XYZ三个方向上的完全约束,在C3上表面施加73.6N的预压力和六个不同方向1Nm的力矩,进行完整模型的有限元分析。通过分析前屈、后伸、左右轴向旋转、左右侧弯六种工况下各节段的活动度,对其进行有效性验证。切割C5椎体,去除C4/5、C5/6节段的前纵韧带、后纵韧带和椎间盘,装配钛板、钛网和螺钉构建传统ACCF模型。将ACCF模型中的钛网替换为同尺寸圆柱形环,通过布尔逻辑运算等操作使该圆柱形环两端与终板相贴合。在Hypermesh中进行拓扑优化,优化目标为六个工况下的加权柔度最小化。调整材料密度以增减保留的体积,保留单元密度较高的区域为实体钛合金,将其他区域改为孔隙率为30%的多孔结构。对新融合器的ACCF模型进行有限元分析,与钛网模型相对比。结果:优化后的融合器峰值应力较钛网降低了68.7%-85.3%,且应力分布更加均匀,降低了其断裂的风险;平均应力降低了78.9%,新融合器上的应力减少,说明应力屏蔽效应有所减轻。在与新融合器接触的椎体终板上,峰值应力有所降低,而平均应力增加,在下位椎体的上终板上更为明显。C4下终板上,新融合器模型的峰值应力降低了22.2%,平均应力增加了14.6%;C6上终板上,新融合器模型的峰值应力降低了54.2%,平均应力增加了43.6%,从另一方面说明了应力屏蔽效应有所减轻。从终板应力云图中可知,新融合器与终板改点接触为面接触,进一步减小了下沉的风险。结论:本研究通过拓扑优化技术设计了新的ACCF融合器,并通过有限元法将其与传统钛网进行生物力学对比。新融合器减轻了应力屏蔽效应,且改变钛网与椎体间的点接触为面接触,从而降低了下沉风险。
基于设计结构矩阵的化工知识图谱优化方法研究
这是一篇关于化工过程,设计结构矩阵,本体论,知识图谱,拓扑优化的论文, 主要内容为化工工业是当今社会许多产业的支柱,在我国工业体系中占有举足轻重的地位,在社会经济飞速发展的今天,保障化工工业的良好发展具有十分重要的意义。然而,化工过程涉及复杂的工艺,仪器设备数量繁多,为技术人员的研究分析带来了不便。为了帮助化工从业者高效地完成化工过程的分析,攻克技术难题,本文提出通过构建化工过程知识图谱,提供一种有效全面的信息获取手段。并针对化工过程的复杂性和实时性等要求,提出了基于设计结构矩阵的化工知识图谱优化方案,使技术人员能够高效的组织管理知识图谱,提高化工过程的分析研究效率。本文首先介绍了知识图谱与设计结构矩阵的基础知识,归纳总结了设计结构矩阵,本体论,知识图谱的基本概念、分类、相关技术和算法,作为全文的理论基础。随后详细讲解了化工知识图谱构建的流程,包括对象分析,知识获取,知识表示,知识推理和知识可视化。本文全面分析了化工系统的构成,从数据库,工艺图纸等结构化,非结构化数据中抽取知识,利用Protégé软件构建基本的化工本体框架。在此基础上使用Jena完成基于规则的知识推理,得到较为完善的化工领域知识图谱,并利用d3.js完成知识图谱的可视化。然后,本文通过Jena提取化工知识图谱中的类与属性关系,建立基于化工知识图谱的设计结构矩阵。本文提出了基于设计结构矩阵排序和层次划分的知识图谱分析方法,以及基于设计结构矩阵解耦和聚类的知识图谱优化算法。最后,使用构建完成的化工知识图谱,运用matlab等工具完成了上述算法的实例分析。分析结果表明,基于设计结构矩阵的算法,可以得到知识图谱中的基础单元,发现耦合区间,并完成知识图谱的模块划分和隐含关系的挖掘。证明该方法可以完成化工知识图谱的分析优化,论证了本文所提出技术的可行性。
结构等几何拓扑优化密度分布函数法
这是一篇关于等几何分析,拓扑优化,等几何拓扑优化(ITO),DDF法,Shepard函数的论文, 主要内容为拓扑优化被认为是在创意设计过程中发生的。它可以准确地确定结构设计域中孔的体积、互连和存在,并开发设计特征以增强相关功能。通常,拓扑优化有助于确定最佳材料分配。它已经被公认为最令人鼓舞的结构优化子领域,因为它具有突出的特点,发生在设计开发阶段,不需要以前的设计领域知识。由于平滑度不足,边界和拐角不连续以及棋盘问题,拓扑优化模型在制造过程中面临各种挑战。对拓扑优化的广泛文献回顾发现,尽管已经进行了许多研究来提高平滑度,但发现它不能满足设计需要。首先,通过有限元分析和解析解验证的几个数值示例,简要解释了等几何分析中B样条和NURBS基函数。此外,拓扑优化已被广泛使用,并使用典型方法(SIMP、LSM和BESO)计算了数值示例和一些重要的案例研究。本论文主要目标是开发一种基于等几何分析建模技术的拓扑优化方法,该技术对于使用密度分布函数(DDF)方法的模型和系统来说更加高效、平滑和有用。其次,等几何拓扑优化(ITO)是一种基于等几何分析的更有效和更具成本效益的拓扑优化方法,用于增加DDF的连续结构。构建DDF需要满足两个要求。(1)平滑度:Shepard函数最初用于增加节点密度的整体平滑度。每个节点密度都与一个几何控制点相关联。(2)连续性:设计域的DDF是通过将高阶NURBS基函数与平滑节点密度线性组合来构建的。Shepard函数和NURBS基函数具有非负性、单位分割和约束限制[0,1],保证了模型中单元密度的实际意义。第三,设计了以DDF和等几何分析为中心的结构拓扑优化方法的响应,以最小化结构平均顺应性。几何参数化与数值方法的结合具有独特的优化优势。对于连续体结构的构建,提供了更有效和更合适的拓扑优化方法,它具有升级的DDF,具有必要的平滑性和连续性。最后,通过对矩形设计域、弯曲形状和复杂几何结构使用密度分布函数法的等几何拓扑优化,可以发现具有适当平滑性和连续性的密度分布函数法对2D结构的优化具有显着影响。这表明,最终拓扑固体和空隙之间的平滑边界和可识别的界面可以得到有效的表征。
空间天线展开臂模拟微重力装置优化设计与分析
这是一篇关于零重力模拟,天线展开臂,结构优化,拓扑优化,轻量化设计的论文, 主要内容为空间天线展开臂是用于驱动卫星天线保证姿态稳定或对目标进行跟踪的关键部件。当天线展开臂在地面进行模拟太空中的展开运动时,由于地面重力的影响,需对展开臂组件的重力进行抵消掉,从而使得展开臂在地面做展开运动时处于零重力的状态。航天五院529厂在之前某个项目中研制的天线展开臂零重力工装在质量、刚度等方面有不完善的地方,所以设计一个质量轻刚度高的零重力工装,提供一个更加接近零重力的环境,使得展开臂在展开时更加接近在外太空的真实的展开状态,是目前急需解决的一个重要内容。首先对展开臂零重力试验装置进行方案设计,通过之前对国内外试验方法的调研,以及对展开臂零重力试验装置要实现的功能进行分析,设计了两种试验方案,两种方案分别从工装质量、适用方式等进行了分析比较,确定悬挂方式较适合本文的展开臂进行展开实验。然后确定展开臂实验装置的预期优化指标,并通过该优化指标提出该实验装置的整体设计要求。通过分析之前项目中经验法设计的摇臂支架结构,所吊装的展开臂组件质量基本相似,但摇臂支架质量较大,刚度较差;采用基结构法对摇臂支架结构进行重新设计,获得最佳的杆件分布状态;通过Solidworks建立摇臂支架三维模型;设计吊丝重力补偿机构主要包含水平微调机构、拉力传感器、力调节旋钮、弹簧、滑轮组和展开臂臂夹等。采用ANSYS workbench对摇臂支架进行静力学仿真分析,得出其在垂直方向上的位移和应力结果,并通过位移云图和应力云图找出摇臂支架中刚度较差的位置;通过响应面法对大臂摇臂支架中刚度较差的横梁进行结构和尺寸的进一步优化,得出最优的截面参数,并仿真计算该结构刚度是否得到加强;最后采用变密度法对摇臂支架结构传力路径不通过该杆件中的单元进行去除掉,达到轻量化设计的目的,满足实际生产的需要。
基于超弹性TPU的变密度蜂窝结构设计与增材制造
这是一篇关于蜂窝结构,轻量化,拓扑优化,增材制造,热塑性聚氨酯的论文, 主要内容为由于航天器、飞行器、汽车等产品的能源消耗、运行效率与它们的重量密切相关,轻量化技术常常被用于这些产品的部件上,被视为航空航天与交通运输领域的重要技术。蜂窝结构由于重量轻,强度高,长期被用于各种产品的轻量化。在蜂窝结构已有轻量化能力的基础上,本文进一步探究针对它的结构优化方法,将拓扑优化技术、CAD建模技术与增材制造技术融合在一起,开发了一种针对复杂结构的参数化建模方法,提出了一种用于高效的高性能蜂窝结构的设计与制造方法,并最终设计和制造了一种基于超弹性TPU材料的变密度蜂窝结构,这种蜂窝结构具有比刚度大、回弹率高和回弹模量大的特点,在抵抗变形上能发挥巨大的作用。本文所做的主要工作如下:(1)蜂窝结构的面内力学性能分析。通过有限元仿真与多项式拟合,修正了基于Euler-Bernoulli梁理论的均匀蜂窝结构等效弹性模量模型,改善了原模型只能在较低的相对密度下适用的缺点。在此基础上,创造性地在蜂窝结构力学性能分析中引入结点,提出了一种新的适用于非均匀蜂窝结构的等效弹性模量模型,用于优化设计。(2)蜂窝结构的拓扑优化设计方案。以最大化刚度为目标,单元相对密度为设计变量,给出了蜂窝结构优化设计的流程与变密度法的实现方案。分析了蜂窝结构与设计空间的几何关系,以此为基础提出一种用同心圆近似地描述胞元包络的方法,将变密度法的优化结果转化变密度蜂窝结构。(3)面向变密度蜂窝的模型构建方法与增材制造。对UG做二次开发,实现蜂窝结构快速、自动的参数化建模,解决变密度蜂窝结构建模复杂的问题。用TPU材料替代普通工程塑料以增强变密度蜂窝结构的回弹性能,研究FDM设备制造TPU产品的最佳工艺参数,解决拉丝与翘曲问题,制造用于力学实验的蜂窝试样。(4)变密度蜂窝结构的面内力学性能仿真与实验评估。通过有限元仿真与力学实验,与均匀蜂窝结构作对比,分别研究了变密度蜂窝结构的压缩性能、弯曲性能与回弹性能。结果显示,拓扑优化设计使蜂窝结构的平压比刚度与弯曲比刚度分别提升47.05%与64.33%以上,回弹模量分别提升41.37%与69.88%,TPU材料使两种蜂窝结构都达到89.50%以上的回弹率,验证了设计与制造的蜂窝结构具有较好的抵抗变形能力。
某全新架构电动车车身结构概念设计与开发研究
这是一篇关于电动汽车,车身结构,概念设计,拓扑优化,正向开发,参数匹配的论文, 主要内容为目前国内主流电动车,车身结构常沿用同级别传统燃油车。电动车由于是全新的承载和性能要求,车身结构可能有较大的不同,设计方法也会有相应的改变。一方面电动车由于动力电池体积大,质量重,其布置方式对车身结构的开发影响较传统车更大,考虑布置工作可进一步设计出符合电动车承载要求的结构。另一方面,动力电池参数涉及整车动力性能,在概念设计阶段以动力电池布置为中心进行设计开发,可以实现整车动力性能与动力电池参数匹配,实现整车性能、车身结构、结构性能一体化全新架构综合设计开发。本文以一款A00级微型在研纯电动为研究对象,进行全新架构电动车车身结构形式正向开发,应用铝型材,秉持以电动汽车动力电池为中心的设计理念,对全新架构电动车车身结构的设计方法进行研究。本文针对全新架构电动车车身的开发建立了车身指导数据库,包括多种动力电池布置形式、市面存在的车身先进结构形式,也选定了一款在研车作为对标车,试验与仿真分析在研车车身结构结构性能。之后完成全新架构电动车的开发工作,首先确定整车性能及续航里程要求,基于要求建立动力电池体积与整车质量的约束方程,求出合适的整车质量和动力电池体积。基于动力电池体积建立三种不同的动力电池布置形式,确定多种总布置空间方案,并基于此车型建立多级别车型动力参数匹配数据库。利用拓扑优化的设计方法,针对弯扭及碰撞多工况,计算得到拓扑结构的力传递路径。根据模块化建模思想,基于拓扑计算结果和现有车型结构数据库,对车身机构进行多方案多模块设计,最后组合优选出两种车身结构方案。对两方案的弯扭刚度和耐碰撞性能分析总结,为车身详细设计阶段获得多种参考设计意见与方案。概念方案相比在研车,车身质量下降13.7%,弯曲刚度提升3%,扭转刚度提升31.1%。本文提出开发出一套基于动力电池布置的全新架构电动车车身结构开发技术方案,对纯电动汽车的开发具有重要借鉴意义。
本文内容包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主题。发布者：毕业设计客栈 ，原文地址：https://m.bishedaima.com/lunwen/48595.html
