装载机发动机罩结构优化设计
摘 要快速成型法以及更为常见的添加剂制造，为制造复杂的几何形状提供了可能。这些复杂的几何形状是很难用传统的产品生产出来的。这两种方法包含了许多用了不同材料的技术，这些技术都包含了之前两种材料，一种是生产型材料另一种是支持材料，在大多数情况下，这些支持材料都会被清洁干净然后变成制造残渣。在集成模拟添加剂制造过程中，增加材料的体积及保证全球产品的质量是一个重要的目标。此外，添加剂制造过程中使用的逐层技术酌增了创新产品的设计，在这里拓扑空间最佳化的运用也能创造一个有趣的联合体。我们论文的目的就是提出一种方法和工具，让我们可以在快速成型法和添加剂制造的模型制备中达到拖扑空间最佳化。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 结构优化设计的发展 1
1.1.1结构优化的意义 1
1.2装载机的发展历史 2
1.3论文的主要的工作内容如下: 2
第二章 有限元的发展历史 4
2.1有限元发展的背景 4
2.2有限元的基本理论 5
2.3有限单元分析的介绍 5
2.3.1有限元分析 5
2.3.2有限元分析的一般步骤 5
2.4有限元软件 7
2.4.1定义网格 7
2.4.2 模态分析 8
2.4.3软件介绍 8
第三章 计算过程 10
3.1数学模型的建立 10
3.1.2原始约束频率和振型 11
第四章 结构优化 16
4.1各种方案的比较与结论 16
结束语 17
致 谢 18
参考文献： 19
第一章 绪论
1.1 结构优化设计的发展
1.1.1结构优化的意义
在过去的十年中，结构优化的使用已迅速增加。设计过程上游阶段代表的产品开发涉及所用时间的5％，但接合的全球开发成本就占用了75％的时间。因此优化的一个项目中的早期阶段整合非常重要。使用数值模拟来优化产品已成为必不可少的一部分，以测试不同的形式，材料为目的，也能更好地理解所涉及的物理现象。使用优化的主要困难是管理CAD和C
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
AE之间的循环。因此，通过分析诱导几何的任何变化可以大大增加时间延迟。对于形状优化方法自动完成这个链，找到列入规范，最佳解决方案，使用数值优化的方法能够解决在设计过程的早期阶段的计算积分的问题。它是NEC埃森建立的一个方法资本和知识管理。
机械结构的形状优化主要有三个类别
“参数化形状优化：形状是由变量（厚度，直径，紧张情形）数量减少的参数化。”这一类的优化不允许其他可能的形状的探索，但它允许找到（计算）的最佳尺寸参数化形式（现有模型的形式）。
“优化的几何形状，从初始形状，以不同的位置的边界开始优化。”这种优化的边界的变化可以体现优化的轮廓结构，但不改变初始拓扑结构。
“拓扑形状优化包括这几个方面：获得，没有任何显式或隐式的限制，这是一种最佳形状可能的拓扑结构的变化。”这为三个类别的优化提供了一个适当的方法，也是设计阶段的一个新的部分，因为它可以探索新的概念和解决方案领域的“不合适”的工程师。
添加剂制造（AM），它可以建立几乎任何形状之间的一个联系，拓扑优化似乎很明显。事实上，拓扑优化将提供创新的形式，但需要从传统的制造业中转化过来需要一个适应过程（通常一个“重塑”是必需的）。本文的目的是提出一种方法，将添加剂制造作为一个基础，开发一个产品，在上游的快速成型机的基础上开发的一种方法。本软件和相关的方法的目的是对所有类型进行汇总。材料和质量保存通过数字优化得到可以申请塑料、金属等。然而一个比一般更特别的拓扑优化的重大利益是保证产品的质量。因此，它的主要目标是天然的钢制品。在我中心的3d背景下，我们已经进入到了一个SLS（选择性激光烧结）机器类型的时代。但这种方法可以应用到另一个钢的制造过程就比如说EBM（电子束熔炼），DMLS（直接金属激光烧结）等，不同的加工过程是汇聚项ALM下加层制造金属的应用。
1.2装载机的发展历史
在社会不断进步的同时，各类基础工程建设也在不断的发展，人们对工程机械产品提出了越来越高的要求，比如要做到环保节能，安全舒适，操作简便，安全高效。其中之一的核心技术就是工程机械的操作与控制方式的智能化。装载机是公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等工程中使用的一种通用设备，对铲装土、砂、石灰、煤等分散项目很重要，也可用于矿石、硬土等轻铲作业对其进行分析。不同的辅助装备也可以推土、起重和其他材料如木材装卸作业。在门路、极度在高档公路动工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青夹杂物体和英泥混凝土料场的集料与装料等功课。在高等级公路施工中，装载机、沥青混合料和水泥混凝土材料领域的高等级公路施工中，沥青混合料和填充作业。此外，它可以进行操作的推土，刮地和拉的其他机器。由于装载机具有工作速度快、速度快、可操作性好、操作简单等优点，是建立土方施工的重要模型之一。
装载机机罩是覆盖在装载机外部的机构，由于它本身不承受任何载荷，但是有两个原因可导致装载机机罩工作情况不稳定，分别为装载机工作时由于路面颠簸而发生的和装载机在工作的时候因为工作产生的惯性而导致的，这些结果会影响整个装载机机罩的工作时间，产生破裂磨损等状况，所以利用软件对机罩本身进行动静态分析，得出结论，因此，动，静态分析对于优化整个装载机机罩有着重要的意义。
机罩在对装载机动力体系举行关闭庇护和整机造型上偏重功用，它本身不受外部负载本身不承担外部负载，而是工作过程，承担装载机本身和路面激励和产生更严重的振动现象，本文以静力学和动力学的结构为基础，工具为有限元分析，对装载机机罩进行模态分析与实验、拓扑优化与尺寸优化，改善机罩动态性能。
1.3论文的主要的工作内容如下：
1、首先对机罩静、动态性两个方面进行分析，以老师给予的资料为例，首先进行三维模型的建立。一个合适的单元类型和约束是建立更精确的罩有限元模块和模型及加载机，运用HyperWorks分析。
2、在机罩模型上建立网格，赋予属性，获得动态模型参数，测试和仿真结果的一致，也是证明了有限元分析的准确性，通过软件可知机罩会存在共振，破裂的问题的趋势。
3、为了提高发动机罩的动态特性，在工作过程中避免发动机罩的共振问题，以容积率作为约束条件，根据计算出的模态值，对发动机罩进行优化，以保证发动机罩的动态性能。
4、我们的目的是升高机罩本身的首先需要考虑的频率，减少塑件本身的质量。把机罩本身各个部件定义的数据举行有关于敏捷方面剖析，寻找对布局动静特征产生较大的部件参数。选择这些参数作为设计变量，对发动机罩结构尺寸进行优化，优化了发动机罩，以规避发动机的基本频率，并减少重量，达到良好的优化效果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 结构优化设计的发展 1
1.1.1结构优化的意义 1
1.2装载机的发展历史 2
1.3论文的主要的工作内容如下: 2
第二章 有限元的发展历史 4
2.1有限元发展的背景 4
2.2有限元的基本理论 5
2.3有限单元分析的介绍 5
2.3.1有限元分析 5
2.3.2有限元分析的一般步骤 5
2.4有限元软件 7
2.4.1定义网格 7
2.4.2 模态分析 8
2.4.3软件介绍 8
第三章 计算过程 10
3.1数学模型的建立 10
3.1.2原始约束频率和振型 11
第四章 结构优化 16
4.1各种方案的比较与结论 16
结束语 17
致 谢 18
参考文献： 19
第一章 绪论
1.1 结构优化设计的发展
1.1.1结构优化的意义
在过去的十年中，结构优化的使用已迅速增加。设计过程上游阶段代表的产品开发涉及所用时间的5％，但接合的全球开发成本就占用了75％的时间。因此优化的一个项目中的早期阶段整合非常重要。使用数值模拟来优化产品已成为必不可少的一部分，以测试不同的形式，材料为目的，也能更好地理解所涉及的物理现象。使用优化的主要困难是管理CAD和C
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
AE之间的循环。因此，通过分析诱导几何的任何变化可以大大增加时间延迟。对于形状优化方法自动完成这个链，找到列入规范，最佳解决方案，使用数值优化的方法能够解决在设计过程的早期阶段的计算积分的问题。它是NEC埃森建立的一个方法资本和知识管理。
机械结构的形状优化主要有三个类别
“参数化形状优化：形状是由变量（厚度，直径，紧张情形）数量减少的参数化。”这一类的优化不允许其他可能的形状的探索，但它允许找到（计算）的最佳尺寸参数化形式（现有模型的形式）。
“优化的几何形状，从初始形状，以不同的位置的边界开始优化。”这种优化的边界的变化可以体现优化的轮廓结构，但不改变初始拓扑结构。
“拓扑形状优化包括这几个方面：获得，没有任何显式或隐式的限制，这是一种最佳形状可能的拓扑结构的变化。”这为三个类别的优化提供了一个适当的方法，也是设计阶段的一个新的部分，因为它可以探索新的概念和解决方案领域的“不合适”的工程师。
添加剂制造（AM），它可以建立几乎任何形状之间的一个联系，拓扑优化似乎很明显。事实上，拓扑优化将提供创新的形式，但需要从传统的制造业中转化过来需要一个适应过程（通常一个“重塑”是必需的）。本文的目的是提出一种方法，将添加剂制造作为一个基础，开发一个产品，在上游的快速成型机的基础上开发的一种方法。本软件和相关的方法的目的是对所有类型进行汇总。材料和质量保存通过数字优化得到可以申请塑料、金属等。然而一个比一般更特别的拓扑优化的重大利益是保证产品的质量。因此，它的主要目标是天然的钢制品。在我中心的3d背景下，我们已经进入到了一个SLS（选择性激光烧结）机器类型的时代。但这种方法可以应用到另一个钢的制造过程就比如说EBM（电子束熔炼），DMLS（直接金属激光烧结）等，不同的加工过程是汇聚项ALM下加层制造金属的应用。
1.2装载机的发展历史
在社会不断进步的同时，各类基础工程建设也在不断的发展，人们对工程机械产品提出了越来越高的要求，比如要做到环保节能，安全舒适，操作简便，安全高效。其中之一的核心技术就是工程机械的操作与控制方式的智能化。装载机是公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等工程中使用的一种通用设备，对铲装土、砂、石灰、煤等分散项目很重要，也可用于矿石、硬土等轻铲作业对其进行分析。不同的辅助装备也可以推土、起重和其他材料如木材装卸作业。在门路、极度在高档公路动工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青夹杂物体和英泥混凝土料场的集料与装料等功课。在高等级公路施工中，装载机、沥青混合料和水泥混凝土材料领域的高等级公路施工中，沥青混合料和填充作业。此外，它可以进行操作的推土，刮地和拉的其他机器。由于装载机具有工作速度快、速度快、可操作性好、操作简单等优点，是建立土方施工的重要模型之一。
装载机机罩是覆盖在装载机外部的机构，由于它本身不承受任何载荷，但是有两个原因可导致装载机机罩工作情况不稳定，分别为装载机工作时由于路面颠簸而发生的和装载机在工作的时候因为工作产生的惯性而导致的，这些结果会影响整个装载机机罩的工作时间，产生破裂磨损等状况，所以利用软件对机罩本身进行动静态分析，得出结论，因此，动，静态分析对于优化整个装载机机罩有着重要的意义。
机罩在对装载机动力体系举行关闭庇护和整机造型上偏重功用，它本身不受外部负载本身不承担外部负载，而是工作过程，承担装载机本身和路面激励和产生更严重的振动现象，本文以静力学和动力学的结构为基础，工具为有限元分析，对装载机机罩进行模态分析与实验、拓扑优化与尺寸优化，改善机罩动态性能。
1.3论文的主要的工作内容如下：
1、首先对机罩静、动态性两个方面进行分析，以老师给予的资料为例，首先进行三维模型的建立。一个合适的单元类型和约束是建立更精确的罩有限元模块和模型及加载机，运用HyperWorks分析。
2、在机罩模型上建立网格，赋予属性，获得动态模型参数，测试和仿真结果的一致，也是证明了有限元分析的准确性，通过软件可知机罩会存在共振，破裂的问题的趋势。
3、为了提高发动机罩的动态特性，在工作过程中避免发动机罩的共振问题，以容积率作为约束条件，根据计算出的模态值，对发动机罩进行优化，以保证发动机罩的动态性能。
4、我们的目的是升高机罩本身的首先需要考虑的频率，减少塑件本身的质量。把机罩本身各个部件定义的数据举行有关于敏捷方面剖析，寻找对布局动静特征产生较大的部件参数。选择这些参数作为设计变量，对发动机罩结构尺寸进行优化，优化了发动机罩，以规避发动机的基本频率，并减少重量，达到良好的优化效果。
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