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基于FEA的格构式结构智能设计模板研究

王强  
【摘要】: 我国经济建设速度随着加入WTO进一步加快。工程机械作为支柱产业之一在交通运输、水利水电等各行各业、大小工程中日益发挥着不可替代的作用。其中起重机械不仅是生产过程中的辅助机械,更为重要的是已成为生产流水作业线上不可缺少的机械设备。结构为机械设备的主体和关键,起着支撑的骨架作用。桁架结构较之箱梁结构由于它的自重轻、用料省、同等重量下刚度大、减振性能好等诸多特点被广泛应用于各种起重设备中。同时,这种结构存在大量的相同和相似的形式。这就为实现这些结构的模块化设计提供了现实意义。 随着市场竞争的日益激烈,如何以最短的时间、最高的质量、最低的成本将产品投放市场成为了竞争的焦点。任何科技成果要转化为有竞争的商品,设计起着极其关键的作用,由于控制技术、计算机技术和应用数学的发展和应用。设计手段发生了根本性的变化。如何将这些集中在研究院所和高等院校的新理论、新方法、新技术直接应用于我国的企业,以便使之快速转化为现实生产力成为一个迫切的问题。因此模块化设计工作不应仅仅是对前人工作的简单归总,更重要的是使我国大部分企业以经验设计为主的状况尽快向以有限元分析、计算机辅助设计、可靠性设计、优化设计、动态设计等方向转变。 本文通过设计基于有限元分析(FEA—Finite Element Analysis)的结构设计模板系统在模块化设计方面作了初步的尝试。文章首先阐述该模板系统所用的理论基础:有限元理论及其二次开发原理方法、优化设计理论及本系统所涉及到的优化方法及种类、人工神经网络的基本原理及本系统采用的BP神经网络算法,然后是这些理论的具体综合应用即模板的实现。它以中远铁路起重机门架结构和龙滩电站龙门吊结构为例详尽说明了如何把这些现代设计方法和人工智能思想应用到具体的工程设计中。 在程序设计方面,运用Windows编程技术,初步建立起了Windows风格的应用程序框架,编制了友好的界面,使得不具有复杂力学和有限元理论背景的一般工程技术人员也能轻松完成设计任务,达到了模块化设计的目的。同时也初步实现了对于几种结构的设计由经验设计向现代设计的转变。 本文重点在于通过实际工程例子说明模板设计的思路和方法。起重设备虽然多种多样,但其结构形式由于其应用场合的各自特点而确有规律可寻,因此也期待他人对模板的丰富。


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