基于粒子群算法和有限元方法的薄壁圆筒夹持优化研究

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1、基于粒子群算法和有限元方法的薄壁圆筒夹持优化研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：徐大发指导教师：林景栋副教授专业：控制科学与工程学科门类：工学重庆大学自动化学院二O一六年四月StudyontheOptimizationofClampingoftheThin-walledCylinderBasedonParticleSwarmOptimizationandFiniteElementMethodAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheM

2、aster’sDegreeofEngineeringByXuDafaSupervisedbyAss.Prof.LinJingdongSpecialty：ControlscienceandengineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要机械产品制造的最后阶段通常是装配，装配质量的好坏决定了产品的最终质量的好坏。随着“中国制造2025”强国战略的实施，中国制造业迈入了全新的发展时期，同时对产品的装配质量有了更高的要求。本文以某固

3、体火箭发动机（薄壁圆筒）自动拧紧机的夹持系统为背景，研究薄壁圆筒装配过程中的夹持变形优化问题。薄壁圆筒的刚性较差，原有夹持方案的夹持位置与夹持力的施加主要以经验设计为主，很难保证薄壁圆筒的稳定最优夹持。所以需要对薄壁圆筒的现有夹持位置进行优化，实现夹持变形最小化，提高产品的装配质量。本文从薄壁圆筒的夹持工艺着手，考虑不同夹持卡爪数对圆筒夹持变形的影响，从内力分析的角度，推导出了不同个数的对称夹持力作用下的圆筒截面弯矩公式；以目前系统所采用的三爪夹持方案为例，分析圆筒在拧紧扭矩作用下不发生转动所需的最小夹持力以及圆筒所能承受的最大夹持力，并推导了圆筒夹持力与径

4、向变形之间的关系。通过对圆筒夹持过程的力学分析，可以快速合理的计算夹持系统所需的夹持力，并为以后夹具的设计改进提供了依据。在力学分析的基础上，论文基于ANSYS有限元仿真平台，创建了薄壁圆筒的有限元仿真分析模型；对薄壁圆筒在三爪以及多爪对称夹持力作用下的变形规律进行了详细分析验证，仿真结果与力学分析结果一致，说明增加夹持卡爪的个数有助于减小薄壁圆筒的夹持变形；根据薄壁圆筒的当前的夹持布局，利用ANSYS的接触分析能力分析了在实际夹持过程中薄壁圆筒在拧紧扭矩以及三爪对称夹持力作用下的变形规律进行了详细分析，为夹持位置的优化奠定了基础。结合粒子群算法的基本原理，

5、论文对其在薄壁圆筒夹持变形优化中的应用方法进行了详细介绍；分析MATLAB与ANSYS的数据通信方法，建立了基于ANSYS和MATLAB的联合仿真夹持优化系统；以最小化薄壁圆筒夹持变形为目标，建立了薄壁圆筒夹持优化模型，并基于粒子群算法和有限元方法对薄壁圆筒的夹持位置进行了优化。然后对优化前后的夹持布局的夹持变形效果进行对比，仿真结果表明，通过粒子群优化之后的夹持布局能够有效改善薄壁圆筒的夹持变形，实现更优的夹持效果。关键词：薄壁圆筒，有限元方法，粒子群算法，夹持优化I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThelaststageofthemechan

6、icalproduct’smanufacturingprocessisusuallyassemblyandthequalityofassemblydeterminesthefinalqualityoftheproduct.Withtheimplementationofthestrategyof"MadeinChina2025",themanufacturingindustryinChinahassteppedintoanewperiodofdevelopment,whichdemandsahigherassemblyquality.Inthispaper,w

7、iththebackgroundofasolidrocketmotor(calledthin-walledcylinder)automatictighteningmachineclampingsystem,theoptimizationoftheclampingdeformationofthethin-walledcylinderwasstudied.Theclampinglayoutandclampingforceoftheoriginalclampingsystemismainlybasedontheexperiencedesign,anditisdif

8、ficulttoensurethestablecla