桁架式桥梁检测车臂架系统结构分析及优化设计

摘要

桥梁检测车是一种装备有桥梁检测仪器，为桥梁检测人员在检测过程中提供检测作业平台，用于流动检测和维修作业的专用汽车。臂架结构轻量化可以改善桥梁检测车整车液压工作系统的动力特性，降低车载平衡配重以及提高桥梁检测车整车系统安全性。平行底座结构是由板材焊接而成的框架结构，其在实际工作过程中受到臂架系统相关机构的空间限制，受力情况较为复杂，选取危险工况，对其进行疲劳寿命计算和优化设计对提高桥架检测车的使用寿命具有重要意义。
　　论文以某16m桁架式桥梁检测车上车臂架结构系统为研究对象，结合有限元法、神经网络与遗传算法，完成对臂架系统中的桁架检测臂结构的轻量化设计;根据疲劳可靠性理论，试验设计以及响应面近似模型等方法，借助ISIGHT软件集成自动化手段，完成了臂架结构的中关键部件平行底座的结构改善疲劳寿命的优化设计。
　　1.在ANSYS Workbench中建立桥梁检测车上车臂架系统结构有限元仿真模型，通过静力分析对转台机构各组件和桁架检测臂部分进行强度与刚度校核;
　　2.在ANSYS中建立桁架检测臂结构的参数化有限元仿真模型，采用正交试验法建立样本数据，完成对BP神经网络的训练，建立设计参数与目标向量之间的映射关系，以结构重量最轻为优化目标，利用遗传算法进行全局寻优。
　　3.以平行底座结构作为疲劳分析关键部件，借助ANSYS Workbench中的疲劳分析模块Fatigue Module对平行底座进行应力寿命分析，计算结构疲劳寿命，初步确定结构中容易发生疲劳关键部位。
　　4.在疲劳分析基础上，运用试验设计与响应面模型方法，建立结构设计变量空间内的样本点对结构自重和疲劳寿命的响应面模型，借助ISIGHT优化软件的自动集成功能搭建结构优化流程，采用多岛遗传算法在响应面模型上进行寻优计算。
　　通过对桥梁检测车臂架结构的轻量化研究以及关键部件的抗疲劳优化设计，可以改善桥梁检测车的工作性能及其使用寿命，降低设计以及制造过程中的成本，提高了产品设计的效率和质量，对于类似结构的的设计与研发具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 桥梁检测车分类与特点

1．1．2 桥梁检测车发展现状

1．1．3 桥梁检测车的关键技术研究现状

1．2 机械结构优化设计现状

1．3 结构抗疲劳设计问题

1．4 论文的主要研究内容

第2章 结构优化设计理论

2．1 优化设计概述

2．1．1 优化设计方法发展概述

2．1．2 优化设计的基本过程

2．2 基于CAE的机械优化方法

2．2．1 Matlab的优化工具箱介绍

2．2．2 ISIGHT软件介绍

2．2．3 ISIGHT优化算法

2．3 多岛遗传算法MIGA

2．4 本章小结

第3章 桥梁检测车臂架结构有限元分析

3．1 臂架结构的基本参数

3．2 臂架结构有限元静力分析

3．2．1 模型简化与单元选择

3．2．2 工况载荷与约束条件

3．2．3 静力计算结果与分析

3．3 桁架结构模态分析

3．3．1 模态分析理论基础

3．3．2 模态分析计算求解

3．3．3 模态分析结果

3．4 本章小结

第4章 桥梁检测车臂架结构优化设计

4．1 优化方法介绍

4．1．1 BP神经网络

4．1．2 遗传算法的基本原理

4．2 桁架检测臂结构参数化有限元模型

4．2．1 桁架检测臂结构

4．2．2 桁架结构参数模型建立

4．3 神经网络模型的构建

4．3．1 样本的选取

4．3．2 BP神经网络设计及训练

4．4 遗传算法寻优计算

4．4．1 臂架结构优化的数学模型

4．4．2 桁架检测臂结构的遗传算法优化

4．5 本章小结

第5章 基于响应面的平行底座结构抗疲劳优化设计

5．1 疲劳分析流程与方法

5．1．1 名义应力法

5．1．2 AWB Fatigue疲劳分析模块介绍

5．2 平行底座疲劳寿命计算

5．2．1 平行底座的载荷计算

5．2．2 材料的疲劳特性分析

5．2．3 载荷添加方法

5．2．4 载荷谱

5．2．5 疲劳计算与结果分析

5．3 试验设计方法

5．3．1 最优拉丁超立方设计

5．3．2 灵敏度分析

5．3．3 平行底座结构设计参数灵敏度分析

5．4 响应面近似模型

5．4．1 近似模型方法

5．4．2 响应面近似模型

5．4．3 响应面模型的误差分析

5．4．4 平行底座结构的响应面模型

5．5 平行底座抗疲劳优化与结果分析

5．5．1 抗疲劳优化数学模型

5．5．2 优化结果分析

5．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果