喷雾机喷杆结构动力学优化设计

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1、：Ｓ４９１３６分类号位代码：１０４单密级：学号：１Ｚ／２０５６３Ｃ．签傲余ｉｌｒＡｆ硕±研究生学位论文喷雾化喷杆结构动力学优化设计ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｎａｍｉｃＯｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｎｏｆＳｒａＢｏｏｍｙｐｇｐｙ研究生：：陈晨指导教师：薛新宇申请学位口类级别：工学硕±专业名称；机械制造及其自动化研究方向；农业机械装备所在学院；工学院答辩委最会主席；；？■＇＇＼２０１５年６月１０日，Ｉ《、Ｖ

2、：＼＼Ｉ＇－乂户．文、Ｉ、：济ｉ．／‘．ｔ．．．．／／Ｖｔ、（．．、．气，令｜何夸叶／－＂》＾＇：Ｋ１．＞ＶＶ／独创性声明本人声明所呈的学位论文是本人在导师指导下进行的研究王作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢盾、〇学位论文作者签名嘴啼、：签字日期

3、：２０１５年６月１０日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解安徽农业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子文件，或允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽农业大学可ｔｕ将学位论文的全部部分内容编入有关数据库进行检索，收录到《中国学位论文全文数据库》，可［＾采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，向社会公众提供信息服务。（保的学位论文在解密后适用本授权书）。＾签学位论文作者签名：聲长指导教师签名：璋＾客字日期：２０１５年６月１０日签字日期：２０１５年６

4、月１０日学工位论文作者毕业后去向；通作单位；电话：信地址：邮编：摘要喷杆式喷雾机是大田作业中应用最广泛的植保机具，宽幅型喷杆式喷雾机对提高施药效率、减少作业过程中的农作物损害具有积极作用。喷杆式喷雾机田间施药过程中，由行驶路面起伏所产生的外部激励会导致喷杆结构产生振动响应，从而影响雾滴沉积均匀性，缩短喷杆使用寿命。喷杆的结构动力学性能，是抑制喷杆振动响应，提高作业过程中药液喷洒均匀性的关键。针对喷雾机喷杆结构动力学特性初始设计缺陷，提出了一种基于遗传算法的多变量优化设计方法。通过有限单元法分析喷雾机喷杆结构的动力学特性，

5、依据结构优化设计理论搭建优化问题的数学模型，以喷杆结构形状及杆件截面尺寸为变量参数，优化设计出一种动力学性能优越的喷杆结构，并进行试验验证及性能测试。主要开展的研究工作有：（1）从理论上分析了结构动力学优化设计的基本思路，结合喷雾机喷杆结构的杆系构型特点，确立了喷杆结构动力学特性的优化设计方法及实施方案。（2）基于MATLAB数值计算平台，编写了等截面均质自由杆件的结构动力学特性计算程序，采用ISIGHT多学科集成平台求解样本空间中各杆件的结构动力学特性，依据结果绘制各参数因子与一阶固有频率的关系曲线，分析了喷杆结构杆件各截面参数对其动力学特性的

6、影响规律。（3）基于ABAQUS有限元分析平台，建立了以平面十八杆桁架单元为基础构型的单侧喷杆参数化有限元模型，将结构模型的各节点坐标值和杆件截面尺寸定义为参数化变量，并分析其结构动力学特性。为避免优化算法因各变量量级差异导致收敛失败，采用统一设计变量法，将各类设计变量统一映射到相同数值区间，以获得等量级的无量纲设计变量。（4）基于ISIGHT多学科多目标集成优化平台，提取了喷杆参数化模型的设计变量组，将喷杆结构的质量定义为目标函数，结构的一阶固有频率定义为约束函数，使用多岛遗传优化算法(multi-islandgeneticalgorithm,

7、MIGA)，对喷杆桁架的结构形状及杆件截面尺寸进行优化，得到了一阶固有频率为10.87Hz，质量为35.82kg，幅宽为5m的单侧喷杆结构模型。（5）为了确保结构数值模型在工程应用中的可靠性，采用模态测试技术对喷杆结构参数化数值模型展开了可靠性验证。根据加工工艺对优化后模型的结构参数进行圆整，并制造出喷杆样品。为了使实体模型与数值模型保持一致，将喷杆水平固定在混凝土立柱上形成悬臂结构，采用单点敲击、多点采集法（single-inputmultiple-output,SIMO）提取喷杆结构实体的模态信息。计算显示，喷杆结构的前6阶实体测试模态与数值

8、计算模态的频率误差率均小于10%，相同阶次模态信息对应振型的模态置信度I值(modelassurancecriterion,MAC)均大