大型游乐设备主轴静动态特性分析及结构优化

通过分析计算YGPPZ型游艺机主轴正常旋转时各工况的最大载荷,对主轴危险情况进行有限元仿真,得出主轴具有一定地改进空间;应用拓扑优化法建立主轴最佳载荷传递路径,明确主轴可优化区域及危险截面。以主轴质量最小为目标函数,以其强度、刚度为约束条件。建立径向基神经网络近似模型,采用粒子群算法进行全局优化。根据最优解以主轴摇臂端及配重端较小内径分别作为主轴两端内孔直径,并进行有限元验证。结果表明优化设计方案具备可行性,提高了设计效率;使主轴结构性能更好,质量降低15.17%,该优化设计方案对轴类零件的优化具有一定的借鉴价值。     

基于BP神经网络的转动架稳定性灵敏度分析

转动架作为某型游乐设备的关键部件,其固有频率和屈曲强度直接关系着结构的稳定性。运用有限元软件ANSYS Workbench建立转动架的有限元模型,通过模态分析和谐响应分析得到对转动架振动影响最为显著的固有频率,通过屈曲稳定性分析得到转动架失稳时的屈曲特征值,并运用试验设计获得140个样本点。为探索各个设计参数对转动架固有频率和屈曲强度的灵敏度,运用MATLAB软件建立BP（back propagation,反向传播）神经网络数学模型并对样本点进行拟合,再通过Isight与MATLAB的集成应用,利用描述性蒙特卡洛抽样法对神经网络模型进行数值模拟。结果表明：对转动架稳定性影响较大的危险模态主要是第10至第12阶模态;对转动架危险模态频率影响较大的主要是肢杆壁厚度、肢杆截面长度和肢杆截面宽度,而对转动架屈曲稳定性影响较为明显的则是肢杆、腹杆和圆板的6个尺寸参数。研究结果表明,合理地改善对转动架稳定性影响较大的设计参数将有效地提升其稳定性和设计效率,这可为该结构的后续设计和优化提供一定的借鉴和参考。     

回转支撑架结构柔度约束优化设计

运用灵敏度分析法对某型搬运车的回转支撑架结构进行受力分析,得到确切的输入参数与输出参数之间关系的数学模型。以强度、刚度和稳定性约束条件以及轻量化的目标对回转支撑架结构进行数学建模和求解,明确其受力情况,为回转支撑架结构的优化提供理论依据。由构件受到的力及其强度极限可求得构件最小横截面积,按该面积设计出的构件在受压情况下会发生挠曲,产生失效的约束特征,引用柔度约束作为遗传算法的主要约束条件之一。采用Matlab软件中的遗传算法对回转支撑架部分结构进行优化,得到更合理的相应结构尺寸。利用Ansys Workbench软件对优化后的回转支撑架结构进行静力学分析和验证,得出符合预期的优化设计结果,表明此方法对受压框架优化具有一定的借鉴价值。     

基于神经网络的三节伸缩臂参数灵敏度分析

根据设计要求,设计某型湿喷机机械手机构,用于解决在恶劣施工环境下代替人工作业的问题。三节伸缩臂作为该机械手机构的关键部件,设计较为保守,强度、刚度等均有较大余量,为减轻机械手机构的结构自重,使材料的力学性能得到最大化利用,以三节伸缩臂结构为研究对象,进行参数灵敏度分析,为后期的轻量化设计打下基础。以强度、刚度为约束条件,结构自重为设计指标,探究三节伸缩臂的6个设计变量对设计指标的影响。首先运用MATLAB软件构建了6个设计变量与结构的最大应力(Von mises stress)、最大变形、第4阶模态的固有频率和结构自重的BP神经网络模型;然后集成运用软件ISIGHT和MATLAB实现基于描述性抽样法的蒙特卡洛(Monte Carlo)数值模拟,得到了各个设计变量与设计目标的灵敏度关系。参数灵敏度分析结果对同类结构设计具有重要的借鉴意义和参考价值。     

基于响应面法的多节伸缩臂设计优化

伸缩臂作为在施工作业的机械手臂具有广泛的应用,且其自重对支承它的下部构造也有至关重要的影响,故合理的设计伸缩臂结构在相应施工机械研发过程中占有重要地位。对于通常设计的伸缩臂在强度和刚度上有较大的富裕量,在满足力学性能的基础上,通过简化伸缩臂结构,建立有限元参数化模型,以伸缩臂的外形尺寸为设计变量,强度、刚度、承压稳定性为约束条件,整体重量为目标函数,利用ANSYS和ISIGHT软件,建立目标函数的二阶响应面近似模型,并运用遗传算法对模型寻优求解。研究结果表明,伸缩臂整体自重下降19.06%。相对于传统优化设计,效率和精度得到了明显提高,对同类伸缩臂结构优化设计方法对比及优选有一定的指导意义。     

基于模糊综合评判的塔式起重机现场安全普查问题分析

依据某地区数百台塔式起重机现场安全普查的原始记录,统计得出塔式起重机现场安全普遍性较强、危害程度较重的突出问题,采用因果分析法明确其中影响较直接的主要因素,运用模糊综合评判法对影响塔式起重机现场安全程度的因素予以明确的量化指标,为科学有效地评价塔式起重机现场安全状况提供了重要的、便于评价和区分的依据,也为管理部门监控塔式起重机现场安全状况给出了有益的参照。