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计算机技术出现之后,CAD技术从无到有,经历了迅速发展的过程。参数化设计技术也因其快速、高效的特点越来越多地运用到设计生产过程中。本课题针对白洋淀特定水域设计研发了专用型水草收割船,并对其重要的工作部件之一——切割装置进行了参数化建模和有限元分析。采用传统方法进行设计,研发周期长,产品性能往往达不到预期效果。本文结合参数化设计技术、二次开发技术、有限元分析技术等,对切割装置进行了研究,为其实现标准化、系列化提供依据。
本文研究了水草收割船的类型及国内外现状,深入分析了水草收割船的作业环境,根据设计要求,确定水草收割船主要的性能参数及尺寸参数,初步明确整个工作系统的构成,继而得出切割装置有关参数值。使用Pro/E三维软件,结合二次开发技术,在VS2008开发环境中,利用Pro/TOOLKIT应用程序进行编程,对构建切割装置参数化建模平台进行了深入的研究。同时借助专业有限元分析软件ANSYS对切割装置的主要零件进行有限元分析,并进行参数优化。
对切割装置零部件进行初步选型,设计计算确定相关参数。基于各零件的特征,找出独立参数及非独立参数,以及非独立参数与独立参数的关系式。在Pro/E软件中建立零件的三维模型,设置参数及关系,作为参数化建模的驱动模型,利用Pro/E自带的Pro/TOOLKIT二次开发工具对Pro/E系统功能进行扩展,包括添加菜单栏菜单、创建对话框。通过编写程序,实现参数的赋值、调用,以及在驱动模型上的更新,再生为新的零件模型,并采用程序控制方法进行零件的自动装配。在Pro/E软件中利用CAD模块进行干涉检验,确保结构的合理性。
产品设计完成后通常要对其主要零部件进行分析校核。传统的方法计算量大,效率低,计算精准度不高。本文借助有限元分析软件ANSYS对切割装置中的护刃器梁进行了强度校核,得到应力和变形云图及数值,并根据分析计算的结果,进行数值与结构的优化。对优化后的结果再进行静力学分析,验证优化结果的正确性。
切割装置参数化建模平台简化了零件设计过程,缩短了设计周期,提高了设计效率和标准化、系列化程度;有限元分析将设计者从繁杂的计算中解放出来,利用计算机强大的计算能力对零件进行分析、优化,节省时间的同时也保证了设计的合理性和经济性。为其他产品的参数化设计起指导、借鉴作用。