1722_槽形托輥帶式輸送機(jī)設(shè)計

1722_槽形托輥帶式輸送機(jī)設(shè)計,槽形托輥帶式,輸送,設(shè)計 一、選題的依據(jù)及意義：帶 式 輸 送 機(jī) 是 一 種 摩 擦 驅(qū) 動 以 連 續(xù) 方 式 運 輸 物 料 的 機(jī) 械 。 應(yīng) 用 它 可 以 將物 料 在 一 定 的 輸 送 線 上 ， 從 最 初 的 供 料 點 到 最 終 的 卸 料 點 間 形 成 一 種 物 料 的輸 送 流 程 。 它 既 可 以 進(jìn) 行 碎 散 物 料 的 輸 送 ， 也 可 以 進(jìn) 行 成 件 物 品 的 輸 送 。 除進(jìn) 行 純 粹 的 物 料 輸 送 外 ， 還 可 以 與 各 工 業(yè) 企 業(yè) 生 產(chǎn) 流 程 中 的 工 藝 過 程 的 要 求相 配 合 ， 形 成 有 節(jié) 奏 的 流 水 作 業(yè) 運 輸 線 。 所 以 帶 式 輸 送 機(jī) 廣 泛 應(yīng) 用 于 現(xiàn) 代 化的 各 種 工 業(yè) 企 業(yè) 中 。 在 礦 山 的 井 下 巷 道 、 礦 井 地 面 運 輸 系 統(tǒng) 、 露 天 采 礦 場 及選 礦 廠 中 ， 廣 泛 應(yīng) 用 帶 式 輸 送 機(jī) 。 它 用 于 水 平 運 輸 或 傾 斜 運 輸 。帶 式 輸 送 機(jī) 是 煤 礦 最 理 想 的 高 效 連 續(xù) 運 輸 設(shè) 備 ， 與 其 他 運 輸 設(shè) 備 (如 機(jī)車 類 )相 比 ， 具 有 輸 送 距 離 長 、 運 量 大 、 連 續(xù) 輸 送 等 優(yōu) 點 ， 而 且 運 行 可 靠 ， 易于 實 現(xiàn) 自 動 化 和 集 中 化 控 制 ， 尤 其 對 高 產(chǎn) 高 效 礦 井 ， 帶 式 輸 送 機(jī) 已 成 為 煤 炭開 采 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 與 裝 備 的 關(guān) 鍵 設(shè) 備 。帶式輸送機(jī)一般有兩種基本形式-平形帶和槽形帶，兩種形式的區(qū)別主要是上托輥形式不同，此次我選的是槽形托輥式輸送機(jī)。通過槽形托輥帶式輸送機(jī)的設(shè)計不僅是對我們大學(xué)四年來所學(xué)的東西綜合運用，零部件設(shè)計、強(qiáng)度分析、標(biāo)準(zhǔn)件的選用、solidworks 軟件的使用、編寫技術(shù)文件、查閱文獻(xiàn)等方面的訓(xùn)練，更是考察了我們的設(shè)計和動手能力，令我們對所學(xué)的知識有更深一層的理解。相信這次畢設(shè)會令我受益匪淺。二、國內(nèi)外研究概況及展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：帶式輸送機(jī)是一種適應(yīng)能力較強(qiáng)，應(yīng)用廣泛的輸送機(jī)械，多用于塊狀和粒狀的物料，也可用來輸送單件物品。由于帶式輸送機(jī)能夠經(jīng)濟(jì)而有效地輸送物料，故不僅在小輸送量和短距離內(nèi)可以采用，而且在大輸送量和長輸送距離內(nèi)也同樣采用。在工業(yè)生產(chǎn)中，帶式輸送機(jī)可用作生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備之間構(gòu)成連續(xù)生產(chǎn)的紐帶，以實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的連續(xù)性和自動化，提高勞動生產(chǎn)率和減輕勞動強(qiáng)度。帶式輸送機(jī)一般有兩種基本形式-平形帶和槽形帶，兩種形式的區(qū)別主要是上托輥形式不同，帶式輸送機(jī)的基本位置形式有五種∶（1）水平輸送機(jī)（2）傾斜輸送機(jī)（3）先水平后傾斜輸送機(jī)（4）先傾斜后水平輸送機(jī)（5）水平-傾斜-水平輸送機(jī)，其它布置形式是以上五種形式的混合。帶式輸送機(jī)的發(fā)展趨勢為：⑴設(shè)備大型化。其主要技術(shù)參數(shù)與裝備均向著大型化發(fā)展，以滿足年產(chǎn) 300~500 萬 t 以上高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要。 ⑵應(yīng)用動態(tài)分析技術(shù)和機(jī)電一體化、計算機(jī)監(jiān)控等高新技術(shù)，采用大功率軟起動與自動張緊技術(shù)，對輸送機(jī)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與監(jiān)控，大大地降低了輸送帶的動張力，設(shè)備運行性能好，運輸效率高。 ⑶采用多機(jī)驅(qū)動與中間驅(qū)動及其功率平衡、輸送機(jī)變向運行等技術(shù)，使輸送機(jī)單機(jī)運行長度在理論上已有受限制，并確保了輸送系統(tǒng)設(shè)備的通用性、互換性及其單元驅(qū)動的可靠性。 ⑷新型、高可靠性關(guān)鍵元部件技術(shù)。如包含 CST 等在內(nèi)的各種先進(jìn)的大功率驅(qū)動裝置與調(diào)速裝置、高壽命高速托輥、自清式滾筒裝置、高效貯帶裝置、快速自移機(jī)尾等。如英國FSW 生產(chǎn)的 FSW1200/（2~3）×400（600）工作面順槽帶式輸送機(jī)就采用了液粘差速或變頻調(diào)速裝置，運輸能力達(dá) 3000 t/h 以上，它的機(jī)尾與新型轉(zhuǎn)載機(jī)（如美國久益公司生產(chǎn)的 S500E）配套，可隨工作面推移而自動快速自移、人工作業(yè)少、生產(chǎn)效率高。三、研究內(nèi)容及實驗方案： 1、 槽形托輥帶式輸送機(jī)的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求a）輸送長度為 30 米,提升高度 2.5 米；b）輸送量 500 t/h, 輸送物料為原煤；c）輸送物料為比重 900 公斤/米 3，物料在帶面上的動堆積角為 300；d）輸送帶速： 2 米/秒 ；2、研究內(nèi)容運動及動力參數(shù)計算，主要零部件的強(qiáng)度計算，主要零件、部件及總裝配圖繪制，設(shè)計說明書的編寫。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度1、目標(biāo)：通過這次畢業(yè)設(shè)計，可以系統(tǒng)地把大學(xué)里的專業(yè)知識復(fù)習(xí)應(yīng)用到實際設(shè)計和生產(chǎn)去，提高自己的動手能力和創(chuàng)新能力，鍛煉自己的自主能力和查閱資料的能力，以此提 高的綜合素質(zhì)來適應(yīng)社會發(fā)展的需求。2、主要特色：借助計算機(jī)將平形托輥帶式輸送機(jī)在工作狀態(tài)時的整個階段的工作情況展示出來，有助于我們更好地對設(shè)計產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)。3、工作進(jìn)度：工作進(jìn)度：1). 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000 字符以上） ，撰寫開題報告。 第 1 周—第 2 周2)．運動及動力參數(shù)計算 第 3 周—第 4 周3)．總裝圖設(shè)計 第 5 周—第 8 周4). 主要零、部件強(qiáng)度及選用計算 第 9 周—第 11周5)．用 solidworks 對主要零件進(jìn)行有限元分析 —第 12周6). 繪制零、部件圖 第 13 周—第 16 周7)．整理畢業(yè)論文答辯準(zhǔn)備 —第 17 周五、參考文獻(xiàn)【1】孫桓等主編.機(jī)械原理. 北京:高等教育出版社，2001【2】濮良貴等主編.機(jī)械設(shè)計. 北京:高等教育出版社，2001【3】毛廣卿主編.糧食輸送機(jī)械與應(yīng)用. 北京:科學(xué)出版社，2003【4】徐灝主編.機(jī)械設(shè)計手冊（第四版）.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1991 【5】范祖堯主編.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計手冊. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996【6】《運輸機(jī)械設(shè)計選用手冊》編委會.運輸機(jī)械設(shè)計選用手冊. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1999 【7】Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.NewYork:McGraw-Hill Book Company,1980 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目：槽形托輥帶式輸送機(jī)專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級 學(xué) 號： 078105209學(xué) 生 姓 名： 郭亮指 導(dǎo) 教 師： 封立耀填表日期 年 月 日南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1槽形托輥帶式輸送機(jī)設(shè)計學(xué)生姓名：郭亮 班級：0781052指導(dǎo)老師：封立耀摘要：本文所設(shè)計的是槽形托輥帶式輸送機(jī)，其設(shè)計要求為：輸送物料為原煤，輸送量：500噸/小時，輸送長度：30 米,提升高度2.5米；堆積密度：900公斤/米 3；物料在帶面上的動堆積角為30 0，輸送帶速： 2米/秒，上托輥槽形布置。設(shè)計中，其整體是一個傾斜的狀態(tài)，上托輥都采用槽形布置；下（回程）托輥采用平行托輥。本輸送機(jī)為向上運輸物料，其傾斜角為3.8 060%-100% >30%-60% 30%滾筒組別 滾筒組別 滾筒組別傳動滾筒直徑DA B C A B C A B C500 500 400 315 400 315 250 315 315 25063080010001250160063080010001250160050063080010001250400500630800100050063080010001250400500630800100031540050063080040050063080010004005006308001000315400500630800注：A-傳動滾筒；B-改向滾筒（180 度）；C-改向滾筒（F 亦滿足不打滑條件 :S2=S1+2Fr=4410+2x750=5910N （3.4-4）S3=1.02×S2=6028.2N （3.4-5）經(jīng)兩者進(jìn)行比較，輸送帶的最小張力為 6028.2N3.5 傳動滾筒軸功率傳動滾筒軸功率 PA=FU /1000 (3.5-1)對于 L<80m 的帶式輸送機(jī)，實在無條件直接計算出 FU 時，可根據(jù)式（2.5-2）進(jìn)行簡易計算。PA=（k 1Ln +k2LnQ+0.00273QH）k 3k4+P` (3.5-2)式中 k1Ln -------輸送帶及托輥轉(zhuǎn)動部分運轉(zhuǎn)功率，kW;k2LnQ-------物料水平運輸功率，kW;0.00273QH------物料垂直提升功率 ，kW ；Ln------輸送機(jī)水平投影長度，m；H------輸送機(jī)受料點與卸料點間的高差，m；K1-----空載運行功率系數(shù)，可根據(jù) w`按表 3-15 取 0.0229；K2-----物料水平運行功率系數(shù)，可根據(jù) w`按表 3-16 取 8.17*10-5；南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文41K3-----附加功率系數(shù)，根據(jù)輸送機(jī)水平投影長度 Ln 和輸送機(jī)傾角，按表 3-17 選取為 1.4；K4------卸料車功率系數(shù)，無卸料車時，k4=1；P`------犁式卸料器及導(dǎo)料槽長度超過 3m 部分的附加功率，kW,查表 3-18 得 2.1kW.PA=(0.0229x24.9x1.2+8.17x10-5x24.9x450+0.00273x450x2)x1.4x1+2.2=7.88kW可根據(jù)算出來的 PA， 計算出 FU，得FU=PA*1000/ =7.88x1000/1.2=6566.7N。傳動滾筒的最大扭矩（M max）按式（2.5-3）計算：Mmax=FU?D/2000 (2.5.-3)式中 D-------傳動滾筒直徑為 630mm。Mmax=6566.7x630/2000=2.069N?m根據(jù)帶寬 B=1000mm、最大扭矩 Mmax=2.068N?m 和合力 FN=6566.7N，可查表 6-1 最終選擇傳動滾筒型號為 10063.1。3.6 電動機(jī)功率和驅(qū)動裝置組合電動機(jī)功率 PM，按式（2.6-1）計算：電動工況：PM=PA/(η.η′.η") (2.6-1)發(fā)電工況（下運）：PM=PAη/(η′.η") (2.6-2)η=η 1η 2 (2.6-3)式中 η-----傳動效率，一般在 0.85~0.95 之間選??；η 1---------聯(lián)軸器效率；每個機(jī)械式聯(lián)軸器: η 1=0.98;η 2-----減速器傳動效率，按每級齒輪傳動效率為 0.98 計算；η′-----電壓降系數(shù)，一般取 0.90~0.95；η"--------多機(jī)驅(qū)動功率不平衡系數(shù)，一般取 0.90~0.95，單電機(jī)驅(qū)動時 η"=1.PM=7.88/(0.88x0.95x1)=9.426Kw南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文42P=k* PM=1.3x9.426=12.25Kw式中：k------- 功率備用系數(shù) k=1.33.7 輸送帶選擇計算3.7.1 織物芯輸送帶層數(shù)棉、尼龍、聚酯等織物芯輸送帶層數(shù)（Z）按下式計算Z=Fmax?n/B?σ (2.7-1)式中：n---- 穩(wěn)定工作情況下輸送帶靜安全系數(shù),n=10~12;σ--- 輸送帶縱向扯斷強(qiáng)度 σ=100，見《帶式運輸機(jī)設(shè)計手冊》表 4-2；穩(wěn)定工況下輸送帶最大張力 Fmax=Fu+S1=6566.7 +4410=10976.7NZ=10976.7x10/1000/100=1.09，取 Z=3.查表 3-20，Z=3<5, 符合要求。3.7.2 輸送帶厚度棉、尼龍和聚酯等織物芯帶厚度 dB 由式（2.7-2）計算 dB=ZdB1+dB2+dB3 (2.7-2)式中 dB1------織物芯帶每層厚度，mm,由表 4-2 查得 1.25；dB2、d B3------織物芯帶上下覆蓋層厚度，mm；由表 4-2 查得dB2=4.5mm，d B3=1.5mm。dB=3.75+4.5+1.5=9.75mm。型號為 NN-300，Z=3 層，上膠層厚=4.5mm，下膠層厚=1.5mm 每層厚度為1.25mm，帶強(qiáng) 300N/m?？刹樵儽?4-2。3.8 輸送帶總長度、總平方米數(shù)和總質(zhì)量3.8.1 輸送帶幾何長度輸送帶幾何長度 =51.98m式中 d----改向滾筒 d＝630mm ，（見《帶式運輸機(jī)設(shè)計手冊 》表 2-5）；D----驅(qū)動滾筒 D=630mm，（見《帶式運輸機(jī)設(shè)計手冊》表 2-6）；----輸送段距離 =25m。3.8.2 輸送帶訂貨總長度南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文43織物芯帶 LD=LZ+LA?N (2.8-1)式中 LA---接頭長度，LA=（（Z-1 ）×b′+B? ctg60°）/1000 （2.8-2）式中：b′----階梯寬度 b′=450 mm，查表 3-22.LA=（（3-1）x450+1000x1.732）/1000=2.632mmLD=51.98+2.632x2=57.244mm.3.8.3 輸送帶訂貨平方米數(shù)織物芯輸送帶訂貨平方米數(shù) MD 按式（2.8-3）計算：MD=B?[Z+(dB1+dB2)/1.5]LD (2.8-3)MD=1000x[3+(4.5+1.5)/1.5]x57.244=0.4m23.8.4 輸送帶總質(zhì)量輸送帶總質(zhì)量 QB按式（2.8-4）計算：QB=LD?qB (2.8-4)QB=57.244x12=0.687kg3.9 托輥的選用計算帶式輸送機(jī)承載分支，回程分支托輥的選用取決于帶寬、帶速、托輥間距及輥子的靜載荷、動載荷等各種參數(shù)，計算后按輥子承載能力進(jìn)行校核。輥徑與帶寬、帶速有關(guān)，輥徑與帶速的關(guān)系見《運輸機(jī)械設(shè)計選用手冊》表 2-26。托輥壽命取決于軸承的失效壽命。因此，托輥的承載能力與軸承壽命有關(guān)，選用時應(yīng)按帶速、輸送機(jī)的生產(chǎn)能力確定載荷，然后按輥子的承載能力表（見《運輸機(jī)械設(shè)計選用手冊》表 2-74)，選擇軸承。輥子載荷計算如一下。1.靜載計算承載分支托輥：式中 -- 承載分支托輥靜載荷，N；南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文44-- 承載分支托輥間距，m ；e-- 輥子載荷系數(shù)，見《帶式輸送機(jī)設(shè)計手冊》表 4-13，e=0.8；-- 帶速，m/s；-- 每米長輸送帶質(zhì)量，kg/m；-- 輸送能力，kg/s?；爻谭种休仯? 可得 Po=0.8*2 （138.89/2+12）*9.8=1092.896NPu=0.8*3*12*9.8=282.24N 2.運載計算承載分支托輥：回程分支托輥：式中 -- 承載分支托輥動載荷，N；-- 回程分支托輥動載荷，N；-- 運行系數(shù)，見《帶式輸送機(jī)設(shè)計手冊》表 4-14， =1.0；-- 沖擊系數(shù)，見《帶式輸送機(jī)設(shè)計手冊》表 4-15， =1.04；-- 工況系數(shù)，見《帶式輸送機(jī)設(shè)計手冊》表 4-16， =1.10?？傻? =1092.896*1.0*1.04*1.1N=1250.27N=282.24*1.0*1.10N=310.464N計算后取靜載荷、動載荷兩者之中較大值來選擇輥子，使其承載能力大于或等于計算值，這樣就可保證輥子軸承壽命高于 30000h，轉(zhuǎn)角小于 10’。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文45查表 4-17 可知，可選用托輥直徑 108mm，長度 380mm 的輥子。對應(yīng)的軸承是 6205/C4.3.10 輸送帶的強(qiáng)度校核輸送帶的抗拉強(qiáng)度取決于帶寬和芯層層數(shù)。由下面的公式可計算出輸送帶可承受的最大張力：[F ]= （5.5.1）F ——輸送帶工作時所承受的最大張力 (N)； B ——輸送帶帶寬 100cm(1000mm)；m —— 安全系數(shù) 12； σ——輸送帶芯層經(jīng)向扯斷力，即極限強(qiáng)度 3000（N/cm.層）所以[F ]= 100x3x3000/12=75000N=12500N由此可知，F(xiàn) = 10976N ≤ [F ] = 75000N （5.5.2）滿足設(shè)計的強(qiáng)度要求。3.11 傳動滾筒軸的強(qiáng)度計算和校核對傳動滾筒軸進(jìn)行受力分析，如下圖：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文46圖 2-2 傳動滾筒軸進(jìn)行受力分析3.11.1 傳動滾筒的載荷集度由材料了力學(xué)的知識可知道：載荷集度 q = F / L （5.6.1）= 10976 / 0.6 = 21952N/m 式中：L----均布載荷分布的長度 600mm。L 與滾筒的長度 630mm 相比，不是一個很小的范圍，所以不能簡化成一個集中力來計算。否則，計算的結(jié)果將出現(xiàn)較大的誤差。3.11.2 傳動滾筒扭矩 M （N?m） M = =9480 (5.6.2)=11874×1/2×（0.479 2-0.072）=1333.1 N.m滾筒規(guī)格：10063.1，許用扭矩為 6kN?m，滿足要求，見《帶式運輸機(jī)設(shè)計手冊》表 6-1；3.11.3 抗彎截面系數(shù) W截面是直徑 d 的抗彎截面系數(shù)W= (5.6.3)=3.14×0.633 /32= 0.0245 m3式中：d-----滾筒直徑 0.63m；3.11.4 滾筒軸的彎曲強(qiáng)度對軸的強(qiáng)度校核，主要要求出最大的彎矩正應(yīng)力，彎曲的強(qiáng)度條件為：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文47（5.6.4）所以=2069∕0.0245 =84.48 < [σ]所以滿足彎曲的強(qiáng)度條件。3.12 傳動滾筒軸承的壽命計算為了對軸承的定期維修，所以對軸承的壽命計算是很必要的。軸承的壽命與所受載荷的大小有關(guān)，工作載荷越大，引起的接觸應(yīng)力也就越大，因而在發(fā)生點蝕破壞前所能經(jīng)受的應(yīng)力變化次數(shù)也就越少，亦即壽命也就越短。所謂軸承的基本額定動載荷，就是使軸承的基本額定壽命恰好為 轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷值。下圖 2-3 是載荷 P 與基本額定壽命 之間的關(guān)系。圖 2-3 載荷 P 與基本額定壽命 之間的關(guān)系南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文48圖 2-4 軸承受力分析由于設(shè)計所用的軸承不受到軸向力的作用，如圖 2-4，所以Fr1= Fr2 =Fre/2 （5.7.1）=1/2×5937=2968.5N載荷系數(shù) f 的選用，查機(jī)械設(shè)計課本表 13-6 可選 f 為 1.5。所以，軸承的當(dāng)量動載荷P= f × Fr1=1.5×2968.5=4452.75N （5.7.2）傳動滾筒的轉(zhuǎn)速 n = = =1.27 r/s （5.7.3 ）綜合上述的計算，可以計算出軸承的壽命（5.7.4）==3.51×107 h式中：C 取 61800有了軸承的壽命，維修人員就可以參照來安排對輸送機(jī)的維修。并且要注意軸承的潤滑。輸送機(jī)代號 ：10063.1 電機(jī)型號: Y132M-4 電機(jī)功率:15kw驅(qū)動裝置組合號：41減速機(jī)：DCY160-16南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文493 用 solidworks 對連接軸進(jìn)行有限元分析有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續(xù)域的離散單元，有限元分析是將物體劃分成有限個單元，這些單元之間通過有限個節(jié)點相互連接，單元看作是不可變形的剛體，單元之間的力通過節(jié)點傳遞，然后利用能量原理建立各單元矩陣；在輸入材料特性、載荷和約束等邊界條件后，利用計算機(jī)進(jìn)行物體變形、應(yīng)力和溫度場等力學(xué)特性的計算，最后對計算結(jié)果進(jìn)行分析，顯示變形后物體的形狀及應(yīng)力分布圖。Solidworks 該軟件采用了有限元素方法 (FEM)。FEM 是一種用于分析工程設(shè)計的數(shù)字方法。FEM 由于其通用性和適合使用計算機(jī)來實現(xiàn)，因此已被公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的分析方法。FEM 將模型劃分為許多稱作單元的簡單小塊形狀，從而有效地用許多需要同時解決的小問題來替代一個復(fù)雜問題。零件的 CAD 模型 劃分為小塊(單元)的模型單元共享被稱為節(jié)的共同點，將模型劃分為小塊的過程稱為網(wǎng)格化。對于所有可能的支持情形和載荷情形，每個單元的行為都是非常清楚的，有限元素方法使用具有不同形狀的單元。單元中任意一點的響應(yīng)都是從單元節(jié)處的響應(yīng)插入的，每個節(jié)均由許多參數(shù)完整描述，具體取決于所用的分析類型和單元。例如，節(jié)的溫度完整描述了節(jié)在熱分析中的響應(yīng)。對于結(jié)構(gòu)分析，節(jié)的響應(yīng)通常由三個平移和三個旋轉(zhuǎn)操作完整描述，這些就稱作自由度 (DOF)，使用 FEM 進(jìn)行分析就稱作有限元素分析 (FEA)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文50四面單元。紅點代表節(jié)。單元的邊線可以是曲線，也可以是直線該軟件會生成控制每個單元的行為的方程式，其中考慮了每個單元與其它單元之間的聯(lián)系，這些方程式將響應(yīng)與已知的材料屬性、約束和載荷相關(guān)聯(lián)，接下來，該程序?qū)⑦@些方程式組織成一大組需同時求解的代數(shù)方程式，然后求解未知量。例如，在應(yīng)力分析中，解算器找到每個節(jié)上的位移，然后該程序計算應(yīng)變，并最終計算出應(yīng)力。COSMOSWorks 是一個與 SolidWorks 完全集成的設(shè)計分析系統(tǒng)，它提供了單一屏幕解決方案來進(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析。COSMOSWorks 憑借著快速解算器的強(qiáng)有力支持，使得您能夠使用個人計算機(jī)快速解決大型問題。COSMOSWorks 提供了多種捆綁包，可滿足您的分析需要，它節(jié)省了搜索最佳設(shè)計所需的時間和精力，可大大縮短產(chǎn)品上市時間。進(jìn)行分析所需的步驟取決于算例類型。可以執(zhí)行以下步驟來完成算例：1、生成算例并定義其分析類型和選項。網(wǎng)格定義了可供使用的單元類型。2、如果需要，請為算例定義參數(shù)。參數(shù)可以是模型尺寸、材料屬性、力值或任何其它輸入。3、定義材料屬性。如果在 CAD 系統(tǒng)中定義了材料屬性，則不需要執(zhí)行這一步,疲勞算例和優(yōu)化算例使用參考的算例來獲得材料定義。4、指定約束和載荷。您可以使用參數(shù)而非數(shù)值。疲勞算例和優(yōu)化算例使用參考的算例來獲得約束和載荷。掉落測試算例不允許定義在設(shè)定過程之外指定的約束和載荷。 5、對于使用曲面的外殼網(wǎng)格，請使用外殼。6、對于橫梁網(wǎng)格（結(jié)構(gòu)構(gòu)件）算例，請定義橫梁。7、對于混合的網(wǎng)格算例，請定義外殼和實體。8、定義全局、零部件和局部接觸設(shè)定。您也可以使用查找相觸面組功能查找接觸面。9、網(wǎng)格化模型，以便將模型劃分為許多稱作單元的小塊。疲勞算例和優(yōu)化算例使用參考算例中的網(wǎng)格。10、如果需要，可以定義多達(dá) 100 個設(shè)計情形。11、運行算例或設(shè)計情形。12、查看結(jié)果。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文51下面以頭軸為例來描述在螺旋輸送機(jī)的設(shè)計過程中的有限元分析（靜態(tài)）過程：1、定義算例類型為靜態(tài)2、定義材料屬性為普通碳鋼3、定義約束類型為固定，部位如軸承對它的約束4、劃分網(wǎng)格5、定義輸入扭矩和反作用扭矩為 1333.1N?m6、單擊運行按鈕讓其進(jìn)行分析分析結(jié)果如下：圖 3-1 有限元靜態(tài)分析結(jié)果應(yīng)力分布圖 1南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文52圖 3-2 有限元靜態(tài)分析結(jié)果應(yīng)力分布圖 2圖 3-3 有限元靜態(tài)分析結(jié)果位移分布圖 1南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文53圖 3-4 有限元靜態(tài)分析結(jié)果位移分布圖 2從上圖可以看出，在軸上各點處的應(yīng)力基本一樣，而在靠近軸肩處應(yīng)力變得較大，這是應(yīng)力集中的結(jié)果。通過應(yīng)力圖 3-1 可知，從軸的有鍵槽端到有螺栓孔端的應(yīng)力基本是呈直線增大趨勢，有鍵槽端最小，軸肩處最大。通過應(yīng)變圖 3-3 可知，從左軸端位移最大，其次是兩軸承之間。5 帶式輸送機(jī)皮帶跑偏問題帶式輸送機(jī)是輸送系統(tǒng)的主要設(shè)備，它的安全穩(wěn)定運行直接影響到原料供應(yīng)。而膠帶的跑偏是帶式輸送機(jī)的最常見故障，對其及時準(zhǔn)確的處理是其安全穩(wěn)定運行的保障。跑偏的現(xiàn)象和原因很多，要根據(jù)不同的跑偏現(xiàn)象和原因采取不同的調(diào)整方法，才能有效地解決問題。本文是根據(jù)多年現(xiàn)場實踐，從使用者角度出發(fā)，利用力學(xué)原理分析與說明此類故障的原因及處理方法。 (1)承載托輥組安裝位置與輸送機(jī)中心線的垂直度誤差較大,導(dǎo)致膠帶在承載段向一則跑偏。如下圖 4.1 所示，膠帶向前運行時給托輥一個向前的牽引力 Fq，這個牽引力分解為使托輥轉(zhuǎn)動的分力 Fz 和一個橫向分力 Fc，這個橫向分力使托輥軸向竄動，由于托輥支架的固定托輥是無法軸向竄動的，它必然就會對膠帶產(chǎn)生一個反作用力 Fy，它使膠帶向另一側(cè)移動，從而導(dǎo)致了跑偏。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文54圖 5-1 承載托輥組安裝時受力分析搞清楚了承載托輥組安裝偏斜時的受力情況，就不難理解膠帶跑偏的原因了，調(diào)整的方法也就明了了，第一種方法就是在制造時托輥組的兩側(cè)安裝孔都加工成長孔，以便進(jìn)行調(diào)整。具體調(diào)整方法見圖 5-2，具體方法是皮帶偏向哪一側(cè)，托輥組的哪一側(cè)朝皮帶前進(jìn)方向前移，或另外一側(cè)后移。如圖 5-2 所示皮帶向上方向跑偏則托輥組的下位處應(yīng)當(dāng)向左移動，托輥組的上位處向右移動。圖 5-2 承載托輥組的調(diào)整方法第二種方法是安裝調(diào)心托輥組，調(diào)心托輥組有多種類型如中間轉(zhuǎn)軸式、四連桿式、立輥式等，其原理是采用阻擋或托輥在水平面內(nèi) 方向轉(zhuǎn)動阻擋或產(chǎn)生橫向推力使皮帶自動向心達(dá)到調(diào)整皮帶跑偏的目的，其受力情況和承載托輥組偏斜受力情況相同。一般在帶式輸送機(jī)總長度較短時或帶式輸送機(jī)雙向運行時采用此方法比較合理，原因是較短帶式輸送機(jī)更容易跑偏并且不容易調(diào)整。而長帶式輸送機(jī)最好不采用此方法，因為調(diào)心托輥組的使用會對膠帶的使用壽命產(chǎn)生一定的影響。 (2)頭部驅(qū)動滾筒或尾部改向滾筒的軸線與輸送機(jī)中心線不垂直，造成膠帶在頭部滾筒或尾部改向滾筒處跑偏。如下圖 5-3 所示，滾筒偏斜時，膠帶在滾筒兩側(cè)的松緊度不一致，沿寬度方向上所受的牽引力 Fq 也就不一致，成遞增或遞減趨勢，這樣就會使膠帶附加一個向遞減方向的移動力 Fy，南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文55導(dǎo)致膠帶向松側(cè)跑偏，即所謂的“跑松不跑緊” 。圖 5-3 滾筒處跑偏的受力與調(diào)整方法其調(diào)整方法為：對于頭部滾筒如膠帶向滾筒的右側(cè)跑偏，則右側(cè)的軸承座應(yīng)當(dāng)向前移動，膠帶向滾筒的左側(cè)跑偏，則左側(cè)的軸承座應(yīng)當(dāng)向前移動，相對應(yīng)的也可將左側(cè)軸承座后移或右側(cè)軸承座后移。尾部滾筒的調(diào)整方法與頭部滾筒剛好相反。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整直到膠帶調(diào)到較理想的位置。在調(diào)整驅(qū)動或改向滾筒前最好準(zhǔn)確安裝其位置。(3)滾筒外表面加工誤差、粘料或磨損不均造成直徑大小不一，膠帶會向直徑較大的一側(cè)跑偏。即所謂的“跑大不跑小” 。其受力情況如圖 5-4 所示：膠帶的牽引力 Fq 產(chǎn)生一個向直徑大側(cè)的移動分力 Fy，在分力 Fy 的作用下，膠帶產(chǎn)生偏移。圖 5-4 滾筒直徑大小不一的受力情況對于這種情況，解決的方法就是清理干凈滾筒表面粘料，加工誤差和磨損不均的就要更換下來重新加工包膠處理。(4)轉(zhuǎn)載點處落料位置不正對造成膠帶跑偏，轉(zhuǎn)載點處物料的落料位置對膠帶的跑偏有非常大的影響，尤其在上條輸送機(jī)與本條輸送機(jī)在水平面的投影成垂直時影響更大。通常應(yīng)當(dāng)考慮轉(zhuǎn)載點處南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文56上下兩條皮帶機(jī)的相對高度。相對高度越低，物料的水平速度分量越大，對下層皮帶的側(cè)向沖擊力 Fc 也越大，同時物料也很難居中。使在膠帶橫斷面上的物料偏斜，沖擊力 Fc 的水平分力 Fy 最終導(dǎo)致皮帶跑偏。如果物料偏到右側(cè)，則皮帶向左側(cè)跑偏，反之亦然。圖 5-5 落料點不正時受力情況對于這種情況下的跑偏，在設(shè)計過程中應(yīng)盡可能地加大兩條輸送機(jī)的相對高度。在受空間限制的帶式輸送機(jī)的上下漏斗、導(dǎo)料槽等件的形式與尺寸更應(yīng)認(rèn)真考慮。一般導(dǎo)料槽的的寬度應(yīng)為皮帶寬度的五分之三左右比較合適。為減少或避免皮帶跑偏可增加擋料板阻擋物料，改變物料的下落方向和位置。 (5)膠帶本身的的問題，如膠帶使用時間長，產(chǎn)生老化變形、邊緣磨損，或者膠帶損壞后重新制作的接頭中心不正，這些都會使膠帶兩側(cè)邊所受拉力不一致而導(dǎo)致跑偏。這種情況膠帶全長上會向一側(cè)跑偏，最大跑偏在不正的接頭處，處理的方法只有對中心不正的膠接頭重新制作，膠帶老化變形的給予更換處理。(6)輸送機(jī)的張緊裝置使膠帶的張緊力不夠，膠帶無載時或少量載荷時不跑偏，當(dāng)載荷稍大時就會出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。張緊裝置是保證膠帶始終保持足夠的張緊力的有效裝置，張緊力不夠，膠帶的穩(wěn)定性就很差，受外力干擾的影響就越大，嚴(yán)重時還會產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。對于使用重錘張緊裝置的帶式運輸機(jī)可添加配重來解決，但不應(yīng)添加過多，以免使皮帶承受不必要的過大張力而降低皮帶的使用壽命。 對于使用螺旋張緊或液壓張緊的帶式運輸機(jī)可調(diào)整張緊行程來增大張緊力。但是，有時張緊行程已不夠，皮帶出現(xiàn)了永久性變形，這時可將皮帶截去一段重新進(jìn)行膠接。 (7)對于設(shè)計有凹段的帶式輸送機(jī)，如凹段的曲率半徑過小，在啟動時如果皮帶上沒有物料，在凹段區(qū)間處皮帶就會彈起，遇到大風(fēng)天氣時還會將皮帶吹偏，因此，最好在皮帶運輸機(jī)的凹段處增設(shè)壓帶輪來避免皮帶的彈起或被風(fēng)吹偏。斗輪堆取料機(jī)的下層穿過式膠帶在尾車堆料狀態(tài)時就會產(chǎn)生一個很大的凹段，此處最容易發(fā)生跑偏。如下層輸送機(jī)有機(jī)架下沉，更會加劇南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文57膠帶的騰空范圍，極易跑偏。因此，在設(shè)計階段應(yīng)盡可能地采用較大的凹段曲率半徑來避免此類情況的發(fā)生。(8)雙向運行皮帶運輸機(jī)跑偏的調(diào)整，雙向運行的皮帶運輸機(jī)皮帶跑偏的調(diào)整比單向皮帶運輸機(jī)跑偏的調(diào)整相對要困難許多，在具體調(diào)整時應(yīng)先調(diào)整某一個方向，然后調(diào)整另外一個方向。調(diào)整時要仔細(xì)觀察皮帶運動方向與跑偏趨勢的關(guān)系，逐個進(jìn)行調(diào)整。重點應(yīng)放在驅(qū)動滾筒和改向滾筒的調(diào)整上，其次是托輥的調(diào)整與物料的落料點的調(diào)整。 同時應(yīng)注意皮帶在硫化接頭時應(yīng)使皮帶斷面長度方向上的受力均勻,兩側(cè)的受力盡可能地相等。小結(jié)此次的畢業(yè)設(shè)計，是我們在大學(xué)里最后的一次綜合機(jī)械設(shè)計。這次畢業(yè)設(shè)計對是本人在大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識一次很好的檢驗，因為設(shè)計要求對知識的融會貫通并且能夠很好地運用。在對運輸機(jī)設(shè)計的過程中，也明顯地感覺到自己知識和實際運用上的不足。慶幸的是，在設(shè)計的過程中，一邊學(xué)習(xí)一邊設(shè)計，看到自己做出來的東西，甚感欣慰。我這次設(shè)計的是帶式輸送機(jī)，現(xiàn)在對輸送機(jī)有了一個籠統(tǒng)的認(rèn)識。對每個部件的原理和性能有了大致的了解。在個部件的組織分布上，有了一定的規(guī)劃。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文58這是畢業(yè)前的最后一次比較綜合性的設(shè)計，在老師的指導(dǎo)下，獨立地了擬定設(shè)計方案，提出方案的構(gòu)思以及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件等方面的可行性論證報告；能熟練應(yīng)用已學(xué)過的理論知識，采用工程分析計算方法或數(shù)值計算法，正確的完成了設(shè)計中的計算工作。熟練地掌握工程制圖的方法和技巧?？偟膩碚f，此次的畢業(yè)設(shè)計對于我來說是受益匪淺：有機(jī)地把我們大學(xué)里所學(xué)的專業(yè)知識結(jié)合起來，增強(qiáng)和提高了我們對專業(yè)知識的運用能力，同時我們也了解了設(shè)計的一些過程，這對我們以后從事有關(guān)機(jī)械方面的工作是一個很好的歷練，相信這些對我們以后的工作和學(xué)習(xí)會有很好幫助作用。參考文獻(xiàn)【1】孫桓等主編.機(jī)械原理.北京:高等教育出版社，2001【2】濮良貴等主編.機(jī)械設(shè)計. 北京:高等教育出版社，2001【3】《運輸機(jī)械設(shè)計選用手冊》編委會.運輸機(jī)械設(shè)計選用手冊. 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優(yōu)化的主要目標(biāo)是最終總勢能的最小化 。其他目標(biāo)優(yōu)化使用的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化通常被用來限制或優(yōu)化約束。在這里介紹二種應(yīng)用：第一個是使用遺傳算法與偽構(gòu)形技術(shù)對一水滴形狀優(yōu)化和第二個是對一個液壓錘后軸承的形狀優(yōu)化處理。 關(guān)鍵詞 形狀優(yōu)化 結(jié)構(gòu) 遺傳算法1 引言 本文介紹一種偽構(gòu)形方法來達(dá)到物體形狀優(yōu)化基于總勢能的最小化。我們將介紹減少結(jié)構(gòu)總勢能尋找最優(yōu)形狀，這可能在某些情況下是個好主意。該參考的構(gòu)形理論可以以某種方式合理的理由解釋如下。 據(jù) Bejan [1]，在工程設(shè)計和自然性能中，形狀和結(jié)構(gòu)一直在演變?yōu)楦玫男阅埽辉诠こ淘O(shè)計中用到的目標(biāo)和制約因素是從該幾何相同的機(jī)制在自然流動系統(tǒng)中出現(xiàn)。Bejan [1]開始設(shè)計和工程系統(tǒng)優(yōu)化，并從自然系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了幾何形式的確定原則。這種發(fā)現(xiàn)是新的構(gòu)形理論的根據(jù)。優(yōu)化配置注定是不完善的。該系統(tǒng)的不完善到處蔓延時，效果最差，使越來越多的內(nèi)部點和硬件工作部件被壓?？此破毡榈膸缀涡问綀F(tuán)結(jié)工程與自然的流動系統(tǒng)。Bejan [1]采用了一種新的理論，他毫不掩飾地說明，與熱力學(xué)第二定律是相同的理論，因為一個簡單的理論意圖 預(yù)測地球上任何活著的幾何形式。許多構(gòu)形理論的應(yīng)用程序在機(jī)械流體中開發(fā)，特別是在優(yōu)化流動[2-10]中。另一方面，據(jù)我們所知，在固體或結(jié)構(gòu)力學(xué)中有一些應(yīng)用實例。因此，我們至少有一半的參考文獻(xiàn) 在流體動力學(xué)論文引用（同作者） ，因為構(gòu)形方法是先由同一作者發(fā)展，只有阿德里安 Bejan 在論文中提到流體動力學(xué)。構(gòu)形理論基于所有自然的創(chuàng)作，整體最佳的理論相比，該控制的演變與自然系統(tǒng)適應(yīng)。構(gòu)形分配原則由不完善的地方以及盡可能把最小的規(guī)模擴(kuò)到最大組成?？偟暮暧^構(gòu)形理論工程結(jié)構(gòu)從基本結(jié)構(gòu)組裝開始，通過與自然的規(guī)則相一致最佳分布不完善。我們的目標(biāo)是研究降低成本。但是，從這里長期偽構(gòu)形來看，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的全局宏觀解決方案已經(jīng)成本降低，目標(biāo)非常接近構(gòu)形理論。那個構(gòu)形理論是預(yù)測的理論，只有一 單一的原則，從優(yōu)化所有上升。這篇文章的題目同樣適用于偽構(gòu)形的步驟。偽構(gòu)形理論單一的優(yōu)化原則是最小化總勢能。此外，在我們以下提出的例子中偽構(gòu)形原 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 則和遺傳算法有相關(guān)性，其結(jié)果是我們的優(yōu)化將非常接近自然理論。本文的目是展示偽構(gòu)形步驟用來適用力學(xué)結(jié)構(gòu)，特別是對形狀優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)。其基本思想是非常簡單：處于平衡狀態(tài)的機(jī)械結(jié)構(gòu)對應(yīng)最小總勢能。以同樣的方式，最佳的機(jī)械結(jié)構(gòu)也必須符合最低限度總勢能。這目標(biāo)必須首先對其他的東西進(jìn)行干預(yù)。正是這種構(gòu)想，在這篇文章中發(fā)展。兩個例子將會在后面提到。 最小化總勢能以優(yōu)化一機(jī)械結(jié)構(gòu)不是全新的的想法。已經(jīng)有很多文件解決了這一問題，使這一方法系統(tǒng)化。最優(yōu)化的唯一目標(biāo)是使能量最小化。高斯林[11]用一個簡單的方法提出了硬件案件形式的有線網(wǎng)絡(luò)團(tuán)體和膜發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。該方法是根據(jù)基本的能源概念。剪應(yīng)力變表達(dá)式是用來定義總勢能。最后的能源形式是盡量減少使用鮑威爾算法。在菅野和大崎[12]中，最低的互補(bǔ)能源原則是建立網(wǎng)絡(luò)作為變量應(yīng)力組件幾何非線性彈性。為了顯示總勢能和能量互補(bǔ)之間的強(qiáng)對偶問題，這些問題的凸配方被進(jìn)行調(diào)查，可嵌入到原始的二階規(guī)劃問題中。 Taroco [13]進(jìn)行分析形成一個彈性固體的敏感性平衡問題。第一階形中，域、邊界積分和總勢能的第二階形表達(dá)衍生物已經(jīng)建立。在華納[14]中，最優(yōu)設(shè)計問題是根據(jù)其自身的重量解決了一個彈性懸掛桿。他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)截面在一個均衡狀態(tài)中總勢能的面積最小化分布。在相類似的設(shè)計問題中，在相同的約束條件潛在最大的能量也已解決了。在文圖拉[15]中，邊界條件控制的問題已經(jīng)用網(wǎng)格方法解決。在文圖拉[15]中，在總勢能功能的彈性固體問題中介紹移動最小化近似值了，廣義的拉格朗日術(shù)語被添加到滿足本質(zhì)邊界的條件中?？偟臐撛谀芰孔钚』沓嗽谝话阌邢拊A(chǔ)上制定，還找到一個未知的最佳目標(biāo)結(jié)點因素[16] 。 2 所使用的方法 在本文的偽構(gòu)形理論中，最優(yōu)化的主要目標(biāo)是盡量減少總勢能。在優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)里其他的物體通用被限制或優(yōu)化約束。例如，一個東西可能在重量上有限制，或不超過其應(yīng)力值。 在本文中這種想法是很簡單的。機(jī)械結(jié)構(gòu)通過兩種參數(shù)類型來描述：已知的離散變量（例如，用有限元方法的自由度的位移）以及幾何變量設(shè)計（例如參數(shù)，使人們有可能描述機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀） ?？倽摿δ茉谕粫r間里通過一個確定隱含或明確的方式離散設(shè)計變量。因此，進(jìn)行雙重優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)相比離散化設(shè)計變量，其目的是減少整體的總勢能。顯然，機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題用下列方法處理： - 目標(biāo)：減少總勢能 - 變量的優(yōu)化：同時確定離散變量（在結(jié)構(gòu)力學(xué)的有限元法的傳統(tǒng)用例） ，描述設(shè)計變量的形狀結(jié)構(gòu) - 優(yōu)化限制： - 重量或體積 - 位移或限制 - 壓力 - 頻率 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題將用以下方法解決，如果需要的話需要在這些階段中重申（按照問題的本質(zhì)）： 第 1 階段 最小化機(jī)械結(jié)構(gòu)總勢能和唯一的離散結(jié)構(gòu)變量相比較（度的有 限元） 。它的作用在這里作為一個優(yōu)化不優(yōu)化的限制。在此階段唯一的限制是 純粹的機(jī)械原點，并涉及邊界條件，適用于結(jié)構(gòu)外部的作用。 在第一階段，設(shè)計變量保持不變，根據(jù)設(shè)計變量 1 獲得的隱含或明確表述的自由度（可以是變量，使人們有可能描述形狀，以外形的優(yōu)化為例子） 。大家可以看到在下面部分的例子中，這些表現(xiàn)形式可以是有形或無形的，且這是適當(dāng)?shù)闹委熀蟮那闆r。在案件 1 中用有限元計算方法，這一階段 1 是在有限元計算的基礎(chǔ)上，以獲取機(jī)械結(jié)構(gòu)的自由度。事實上，有限元，位移與節(jié)點、機(jī)械結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，獲得了最小化總勢能[16]。 第 2 階段中 機(jī)械結(jié)構(gòu)自由度的表達(dá)根據(jù)設(shè)計前先獲得的變量，然后注入機(jī)械結(jié)構(gòu)總勢能（你會看到下面的部分中第二個例子它是如何影響自由度在隱含的職能設(shè)計變量的情況下） 。然后得到一個表達(dá)式總的潛在能量，它依賴于（以明示或默示的形式）設(shè)計變量。 第 3 階段 隨后進(jìn)行的第二次和新的最小化總勢能通過前面的形式取得，但這次比設(shè)計變量同時遵循技術(shù)限制或優(yōu)化約束的問題。這種方法按問題的本質(zhì)可以使用或多或少的設(shè)備。這點很明顯，例如，如果離散變量按照設(shè)計變量可以表示為一明確的方式，在 2 到 3 個階段是可以立即設(shè)置的，并無迭代。 如果離散變量不能按照設(shè)計變量明確的方式表達(dá)，或者如果結(jié)構(gòu)拓?fù)洳皇枪潭ǖ模蛘呷绻袨椴皇蔷€性的，這將有必要通過分階段進(jìn)行 1 至 3 連續(xù)迭代。這將在下面部分的例子中提到，一會我們會看到戰(zhàn)略的場合，可以采用一種類型為這些迭代?？偨Y(jié)，偽構(gòu)形的步驟，主要目的只是盡量減少潛在總能源，其他可能的目標(biāo)是限制或優(yōu)化約束。 在我們的例子中使用的最優(yōu)化方法是遺傳算法（遺傳算法） ，如[17]。 ，我們也可以找到很多書籍有典型類似的教學(xué)價值，例如在[18]中。這種方法是非常先進(jìn)方便于我們的偽構(gòu)形方法。撰文已在天然氣方面廣泛地開展了工作，關(guān)于這一主題出版的期刊被譽(yù)為期刊[19-31] 。由于天然氣問題在社會結(jié)構(gòu)力學(xué)上還比較新，在這里我們提供的一些細(xì)節(jié)正是使用這里的算法——多點交叉使用，而不是一單點交叉。在甄選計劃上，每年的使用完全是隨機(jī)生成。在我們的例子中，幾代人是等同的銜接使用。我們提供例子的結(jié)果是不斷地通過使用不同的遺傳算法。一個比較標(biāo)準(zhǔn)的遺傳算法已經(jīng)被證明是我們足夠的榜樣。 3 范例 盡管潛在的能源可能是一個好的舉措對于一些優(yōu)化問題，勢能不是賦予形成水滴的能量，也沒有定義錘子的最佳形狀，這就是為什么勢能不是唯一的、客觀的，但最優(yōu)化問題是多目標(biāo)的和用公式明確表示的兩個例子的目標(biāo)函數(shù)。 3.1 例 1：對一滴水形狀優(yōu)化 第一個測試?yán)邮菍ο陆档乃涡螤顑?yōu)化（圖 1） 。這個問題是等同于抵抗坦克的膜理論計算。其目的是看看偽構(gòu)形理論給出了大自然的優(yōu)化設(shè)計。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3.1.1 使用的方法 該一水滴幾何的定義是：產(chǎn)生的軸對稱殼薄線。此行描述于連續(xù)直線或圓形段描述在特定意義和輸入數(shù)據(jù)定義點上的坐標(biāo)和半徑值。初始數(shù)據(jù)是一個由直線段連接結(jié)點的集合。每一個結(jié)點是確定它兩個圓柱坐標(biāo)上（R，z） ，和真正的 R 代表的半徑圓相切的兩個交叉直線段的這一點。另一臺計算機(jī)的計算給出任何邊界的坐標(biāo)點，特別是切點必須界定圓弧長度。 水式設(shè)計描述了三個弧圓如圖 1 所示。 通過有限元方法采用三節(jié)點拋物原理運用基爾霍夫殼體理論分析。自動網(wǎng)格生成器建立每個直線或圓形段的有限元網(wǎng)格 ，它們被視為宏觀有限元。 我們的目標(biāo)是獲得一個水滴形狀形成最低總勢能（這是主要目標(biāo)）和平等的抵抗坦克（這是唯一約束或限制的問題） 。 事實上，為了水滴的問題，目標(biāo)是多對象的，兩個目標(biāo)（F1=最低總額的F1 勢能和 f2 =等于電阻）的合并多目標(biāo)：F1=F1 + F2。 馬塞蘭指出，在總勢能的減少中約束或限制的問題被考慮進(jìn)去，在[19]中。 3.1.2 結(jié)果 在水滴外形設(shè)計中描述了三個弧圓（圖 1） ，他們的中心和半徑是設(shè)計變量。因此，有 9 個設(shè)計變量，其中：r1，Z1 ，R1 為 圓 1;r2, Z2,R2 為圓 2; r3，Z3,R3 為圓 3 。在遺傳算法中，其中每個設(shè)計變量通過 3 個二進(jìn)制數(shù)字編碼. 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 所有這些二進(jìn)制數(shù)字編碼是端到端地形成 27 個二進(jìn)制數(shù)字的染色體長度。GA 是運行了 30 個，一個數(shù)字對 50 代，一個穿越的概率為 0.8，而突變概率為 0.1。 對應(yīng)的染色體最優(yōu)解是100 100 011 011 010 011 100 011 101 這給出了圖 1 的解決方案。其中： - r1 = 18，z1 = 17，R1 =- 0.065 - R2= 13.75，z2= 12.2，R2 =- 7.7 - r3 = 4.1，Z3= 21.4，R3 =- 21 這是關(guān)于一水滴的外形非常接近自然的最佳解決方案。通過三個圓的弧模式的水滴模型并非十全十美。但是，構(gòu)形理論用于優(yōu)化不完善的地方，并發(fā)現(xiàn)最接近自然的解決辦法。因此，構(gòu)形原則包括盡可能的分配不完善的地方。 3.2 例 2：軸對稱結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化 在這一部分，呈現(xiàn)了液壓錘后軸承傳統(tǒng)的最優(yōu)化影響。相對于較少的周期操作軸承問題（圖 2）漸漸體現(xiàn)出來。 對于軸對稱結(jié)構(gòu)，分析是通過有限元方法進(jìn)行的，遺傳算法優(yōu)化的過程中的特殊字符一直用來緩解計算和節(jié)省計算機(jī)的時間。首先，由于只是一個結(jié)構(gòu)幾個部分必須經(jīng)常修改，子結(jié)構(gòu)的概念是用來單獨“固定”和“移動”的部分。固定部分計算兩次：第一次是開始，第二次是結(jié)尾的優(yōu)化過程。只有這些縮減剛度 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 矩陣的子結(jié)構(gòu)被添加到移動部分的矩陣。 與此相關(guān)的部分，自動發(fā)電機(jī)創(chuàng)建作為每個子結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格宏觀有限元。這些宏量元素不是 三角（六節(jié)點）或四邊形（8 個節(jié)點） 。根據(jù)那些著名的技術(shù)，同樣的細(xì)分用于父的空間，以獲取網(wǎng)本身，這顯然是出于作出相同類型的元素。在這個網(wǎng)優(yōu)化控制過程，一個的離散如有必要可以重新選擇。 總之，優(yōu)化問題如下： 總的目標(biāo)函數(shù) 最小化潛在能源。需要注意的另一重要 目標(biāo)（馮米塞斯沿等高線的移動相當(dāng)于最小應(yīng)力的最大值）是這里作為問題的約束。這第二個目標(biāo)是要實現(xiàn)液壓錘的后軸承最小化。 設(shè)計變量 設(shè)計變量是半徑為 r，寬 X 附近的半徑（圖 2） 。 制約因素 制約因素是建立在這樣的在幾何方式上，只允許有微小的變化是。它們考慮到技術(shù)的限制。他們包括編碼設(shè)計變量。另外，重要的制約因素是，米塞斯沿等高線的移動的最大值不能超過一定的值。約束被考慮到總勢能的降落中，在[19]說明。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 所有這些二進(jìn)制數(shù)字終端到終端地形成八個二進(jìn)制數(shù)字的染色體長度。 GA 運行的 12 個，數(shù)的 30 代，交叉概率 為 0.5，以及變異概率為 0.06。 最優(yōu)解對應(yīng)的染色體 1101 1000 圖 2 給出了解決方案。其中： ?= 1.95， X = 6.0 在這種產(chǎn)品的形狀自動優(yōu)化中，只需簡單地把形狀修改小，這比計算更難預(yù)測（半徑增加外，減少寬度） ，大大提高了機(jī)械軸承的耐久性：過壓力正在減少 50％。 4 討論 本文件中的兩個例子可以證明偽構(gòu)形理論。第一個是對軸對稱膜下降形外殼形狀優(yōu)化（水滴） 。這種結(jié)構(gòu)是用純的張力。果不其然，盡量減少這種結(jié)構(gòu)的總勢能，所有可能的變量導(dǎo)致的形狀是完全和調(diào)和十分相似的。但是，第二個例子事實證明，制定最低的能源不僅可以 工作在最簡單的情況下，純粹的張力結(jié)構(gòu)還能彎曲，剪切或更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。這個條件是為了增加這一問題次要目標(biāo)（通常用于形狀優(yōu)化）的限制或優(yōu)化約束。 然而，在偽形構(gòu)形理論聲明中，最大限度地減少所有可能的變量的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的總勢能， 這不完全能達(dá)到的。自然和機(jī)械也不是都如此簡單，多年研究的大自然設(shè)計結(jié)構(gòu)表明，即使在最簡單的實例中，多重標(biāo)準(zhǔn)，以復(fù)雜的方式工作。因此，有必要添加其他標(biāo)準(zhǔn)或優(yōu)化問題的制約是顯而易見的。最小化總勢能只是一個總的原則在優(yōu)化的過程啟動。 5 結(jié)論 一個有趣的方法引入了形狀優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)。在這個文件闡述的偽構(gòu)行理論中，優(yōu)化的主要目標(biāo)是最小化總勢能。其他的目標(biāo)通常使用的形狀 優(yōu)化這里使用了限制或優(yōu)化限制。它給我們的例子很好的效果。參考文獻(xiàn)1、從工程到自然形狀和結(jié)構(gòu) 劍橋大學(xué)出版社,劍橋大學(xué),Bejan A主編2、偽構(gòu)形理論的網(wǎng)絡(luò)的路徑冷卻機(jī) [J].熱能質(zhì)量40:799-816[J]. 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