基于竹子截面微观结构的铁路起重机伸缩臂仿生设计

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1、＿—＿＿１＾驗士学位论支■ＭＡ－ＳＴＥＲＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ＾Ｓ＾论文题目：基于竹子截面微观结构的：铁路起重机伸缩臂仿生设计笔…＝二Ｗ＇麵年级：２０１２级０＾研究生：谢飞丨：｜＾＾ｉ指导老师：张仲鹏教授：痛１密级：公开国内图书分类号：ＴＨ２３．６国际图书分类号：６２１西南交通大学研究生学位论文基干竹子截面微观结构的铁路起重机伸缩臂仿生设计年级二〇一二级姓名谢飞申请学位级别硕士专业机械设计及理论指导教师张仲鹏教授二〇一五年五

2、月ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：ＴＨ２１３．６Ｕ．Ｄ．Ｃ：６２１ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅＴｈｅｓｉｓＲＡ＇ＩＬＷＡＹＣＲＡＮＥＢＯＯＭＳＢＩＯＮＩＣＤＥＳＩＧＮ＇ＢＡＳＥＤＯＮ－ＢＡＭＢＯＯＳＣＲＯＳＳＳＥＣＴＩＯＮＡＬＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＧｒａｄｅ：２０１２Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ＦｅｉＸｉｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｒｅｅＡｌｉｅｄｆｏｒ：ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｐｐｇｇＳｐｅｃｉａｌ

3、ｉｔｙ；ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｈｅｏｒｙＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＺｈｏｎｅｎＺＨＡＮＧｐｇｐｇＭａ．２０１５ｙ西禱交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密口，ｆ年解密后适用本授权书；２．

4、不保密‘使用本授权书。“，（请在以上方框内打ｒ）１，学位论文作者签名：謝Ｃ指导老师签名：竹吻１＾日期：日期：Ｓ．／ｆｆ西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：一（１）通过相似性分析．，确定了起重机伸缩臂与竹子具有定的相似度，满足仿生设计的基本条件；就竹子的力学特性、微观结构以及两者之间的关系做了详细的研究；提取出竹子微观结构的核心思想—分层，将其与伸缩臂具体情况结合，进行伸缩臂的仿生设计。创新性地将竹子微观结构运用在伸缩臂截面设计上。（２）在Ａ

5、ＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ中，基于相同的工况对仿生型和传统型伸缩臂进行几何建模；然后，基于相同的网格划分参数、载荷、约束以及求解条件对两种伸缩臂进行有限元分析；通过对比分析，得出了仿生型伸缩臂在强度（包括最大应力、最大应力附近的平均应力、伸缩臂非重叠部分整体应力）、刚度、局部稳定性上均优于传统型伸缩臂的结论，证明了本文基于竹子微观结构的仿生思想对提高伸缩臂性能的有效性。（３）基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的ＤｅｓｉｇｎＥｘｐｌｏｒｅｒ模块，对仿生型伸缩臂进行了适当的优化。在伸缩臂内、外板厚的优化中，以内、外板厚

6、为自变量，以最大应力附近内、外板局部平均应力差最小为优化目标，通过对比优化前、后的平均应力差，证明：适当优化伸缩臂内、外板厚，能有效降低两者的应力差，使材料得到更充分的利用。在加劲助厚度的优化中，分别以强度和局部稳定性为指标，设计了相应的有限元模拟，其结果表明试验，加劲助厚度对伸缩臂的局部稳定性影响不大，但伸缩臂强度随着加劲助厚度单调递增。（４）对加劲助系统的布置做了初步探究。在关于加劲助角度的探讨中，通过对比分析五组模型，发现加劲助纵向布置（即加劲助走向与伸缩臂中心线成０度的时候），伸缩臂整体稳定性最好；在关

7、于加劲助密度的探讨中，通过设置两组模型，分析计算后发现：加劲助的分布密度对伸缩臂整体稳定性有很大的影响，腹板加劲助上疏下密分布比均勾分布的屈曲放大倍数提高了４５．９５％。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰，写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：樹日期：ｊ２ｐｒ／？乂＂西南交通大学硕士研究

8、生学位论文第Ｉ页摘要铁路救援起重机的伸缩臂截面从最初的矩形，经过梯形、多边形、大圆角矩形的’不断演变，目前基本达成共识：即椭圆形截面是最优的伸