蓄能器壳体有限元分析与结构优化研究

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蓄能器是液压系统中的重要辅件,其功用主要为存储能量、吸收液压冲击、消除脉动和回收能量等。目前,随着液压系统的发展,系统要求越来越高,国内外出现了一些改进现有蓄能器基础理论和蓄能器结构的研究。工程结构优化是近年来随着优化理论和计算机技术的进步而逐渐成熟起来的一个研究方向。优化设计就是一种寻找确定最优设计方案的技术。最优化一般是指在某种状态下作出最好的决策,或是从几个候选者中选出最好的。现在优化设计已广泛地应用在科学技术的各个部门。 本文对目前国内外蓄能器的研究现状及有限元法的基本思想进行了概括与总结:论述了有限元静力分析、模态分析及疲劳分析的基础理论;阐述了最优化设计的理论基础与APDL语言的功能运用;并运用ANSYS软件对蓄能器壳体结构进行优化分析与参数化开发。本研究以NXQA-10/10-L-A蓄能器壳体为例,根据国家法规的有关规定,首先运用大型有限元分析软件ANSYS对壳体结构进行静力分析、模态分析以及疲劳分析,求得壳体的刚度、强度、振动特性及疲劳强度,并结合蓄能器的实际工作情况对计算结果进行分析,以此验证壳体的优化空间。在得到确定的验证结果后,即运用ANSYS软件根据优化理论结合蓄能器的设计知识对NXQA-10/10-L-A壳体结构进行优化设计,根据蓄能器壳体的制造工艺情况,确定最终优化尺寸,由此达到改进蓄能器壳体的结构形状及实现蓄能器壳体轻量化的目的。为保证优化结果的正确性,对优化后的壳体结构进行静力分析、模态分析及疲劳分析,根据分析的结果对优化结果进行验证,以确定优化结果是否可行。 本文基于APDL对蓄能器壳体的有限元优化分析过程进行参数化开发,实现蓄能器壳体参数化有限元优化分析的全过程。参数化有限元优化分析使得工程设计人员在不需要完全掌握有限元技术的方法和技巧的情况下,就能够进行类似结构的有限元分析和优化设计。在进行类似地壳体的分析及优化操作时,工程技术人员只需将文中给出的程序代码作简单的改动即可移植使用,使此程序具有一定的通用性及实用性。可以有效地提高壳体优化工作的效率和可靠性。
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