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機(jī)械類畢業(yè)設(shè)計開題報告范文
通過畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生可以綜合應(yīng)用所學(xué)的各種理論知識和技能，進(jìn)行全面、系統(tǒng)、嚴(yán)格的技術(shù)及基本能力的練習(xí)。給大家分享了機(jī)械類畢業(yè)設(shè)計開題報告模板，一起來看看吧！
一、擬選定學(xué)位論文的題目名稱
瀝青攪拌樓的樓架結(jié)構(gòu)分析
二、選題的科學(xué)意義和應(yīng)用前景
選題的科學(xué)意義：
大型機(jī)器的支撐基礎(chǔ)，承受著由機(jī)器的不平衡擾力引起的振動和機(jī)器的自重等，如其振動過大，將會影響機(jī)器的加工要求或無法正常運轉(zhuǎn)，甚至損壞機(jī)器和影響鄰近的設(shè)備、儀器和人員的工作和生活，嚴(yán)重的還會危及建筑物的安全。因此動力機(jī)器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析具有重要的意義。
我國對于動力機(jī)器基礎(chǔ)正式研究起于上世紀(jì)七十年代，在八十年代主要編制成了國家標(biāo)準(zhǔn)《動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》和《設(shè)計手冊》，這對于動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計和分析提供了重要依據(jù)和參考。近年來對于動力機(jī)器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的研究，往往集中于對壓縮機(jī)、壓力機(jī)、運輸機(jī)、配料機(jī)等機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析。對于工業(yè)上應(yīng)用的更復(fù)雜的設(shè)備，像由振動篩、攪拌器等多個動力機(jī)器組成的大型瀝青攪拌樓，對于這種往往由多個動力機(jī)器組合的大型設(shè)備的樓架問題研究的幾乎沒有。另一方面研究人員僅僅采用單一理論計算方法計算擾力值，振動幅值等，計算方法和參數(shù)的選擇并不統(tǒng)一，或考慮不夠全面造成結(jié)果各不相同或不接近實際。
針對以上問題，本文擬考慮多臺設(shè)備共同作用時的振動合成，如考慮攪拌機(jī)的振動擾力和振動篩的擾力，并考慮如風(fēng)載、靜載、動載多種載荷情況下樓架的承載和振動情況。同時在理論計算的基礎(chǔ)上，采用有限元分析軟件對樓架進(jìn)行模態(tài)分析，獲得結(jié)構(gòu)的頻率和振型，然后進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化樓架設(shè)計，并再次進(jìn)行有限元計算，驗證改進(jìn)方案的可行性。
選題的應(yīng)用前景：
瀝青混凝土攪拌設(shè)備是瀝青路面機(jī)械化施工的關(guān)鍵設(shè)備，近20年來，我國公路交通事業(yè)發(fā)展迅猛，公路機(jī)械化施工因此獲得巨大進(jìn)步，特別是對參與高速公路瀝青路面工程建設(shè)的企業(yè)來說，擁有大型瀝青混凝土攪拌設(shè)備已是市場準(zhǔn)入條件之一。而其樓架部分是攪拌樓的重要承載機(jī)構(gòu)，其設(shè)計首先必須保證機(jī)器的特定工作要求，滿足振動和抗振的要求。
樓架作為瀝青攪拌樓的支撐基礎(chǔ)，它在各種工況下承受著巨大的載荷。若局部的應(yīng)力過高會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)被破壞，因此需要對樓架結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度和抗振性及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，避免樓架的破壞同時合理選擇樓架鋼材的截面尺寸等，這樣可以保證瀝青攪拌樓的樓架在滿足安全性的前提下節(jié)約材料，因此對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性具有重大意義。
企業(yè)中瀝青攪拌樓的樓架設(shè)計往往利用技術(shù)人員的經(jīng)驗設(shè)計，即直接采用特定的結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行生產(chǎn)制造。本文的選題來源于企業(yè)，是對現(xiàn)有某型號瀝青攪拌樓的樓架安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行驗算分析或在進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，這樣可以有效地降低設(shè)計成本，更具經(jīng)濟(jì)性。
選題中由于瀝青攪拌樓的樓架高度較高，所以要考慮多種載荷情況下樓架的承載和振動情況。同時采用有限元軟件進(jìn)行分析，更好的展現(xiàn)在工作情況下樓架的實際情況，顯現(xiàn)出樓架中的危險部分，可以針對問題對樓架機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，優(yōu)化樓架，為瀝青攪拌樓樓架的設(shè)計提供有力的依據(jù)。這些對于大型復(fù)雜設(shè)備的支撐基礎(chǔ)設(shè)計都具有一定的參考意義。
三、背景科研項目情況簡介
此課題來源于工程實際，是以無錫錫通科技集團(tuán)某瀝青攪拌樓設(shè)計為背景展開的。其樓架結(jié)構(gòu)分析是攪拌樓設(shè)計工作的重要組成部分。此課題的完成將為企業(yè)進(jìn)行各種型號瀝青攪拌樓的樓架設(shè)計提供重要依據(jù)。
四、學(xué)位論文主要研究內(nèi)容
動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)本身質(zhì)量、剛度的分布、設(shè)備的質(zhì)量和剛度、地基的影響、擾力大小和相位等因素，確定安全可靠、適用、經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)先進(jìn)的方案。
本論文是對企業(yè)中已有的樓架安全性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析驗算和優(yōu)化，樓架的結(jié)構(gòu)和選材已定、不進(jìn)行研究，本論文對于瀝青攪拌樓的樓架設(shè)計提出必須滿足的三個基本要求：
(1)具有良好的抗振性;
(2)具有足夠的剛強(qiáng)度;
(3)穩(wěn)定性要求。
只有滿足了這三個方面的要求才能保證瀝青攪拌樓的正常運行和安全生產(chǎn)。所以在進(jìn)行瀝青攪拌樓的樓架設(shè)計時需要進(jìn)行動力特性分析以及強(qiáng)度和穩(wěn)定性的計算。最后就樓架可行性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行驗算和優(yōu)化。
1.關(guān)于樓架抗振性研究：設(shè)計動力機(jī)器機(jī)架的基本目標(biāo)是限制其振動幅值和自振頻率，以滿足機(jī)器本身和附近設(shè)備、儀器的運轉(zhuǎn)和不影響鄰近工作人員和居民的工作和生活。因此本設(shè)計中動力計算時首先要確定機(jī)器的擾力作用方向和擾力值及其作用點的位置，然后按瀝青攪拌設(shè)備的擾力性質(zhì)，采用相應(yīng)的動力計算公式，計算樓架的振動幅值、振動頻率等，使之不超過允許極限值。
2.關(guān)于樓架剛強(qiáng)度的研究：要使樓架具有良好的動態(tài)性能必須保證它具有足夠的靜、動態(tài)剛度。靜態(tài)剛度是以滿載靜力作用下的靜位移來表征，動態(tài)剛度是指其動態(tài)特性，是以其系統(tǒng)的滿載自振頻率來表征。對剛度的研究本文從這兩個方面入手分別計算。強(qiáng)度設(shè)計的準(zhǔn)則是在機(jī)器運轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷的情況下樓架上任何點的應(yīng)力都不得大于允許應(yīng)力。強(qiáng)度計算時本文主要進(jìn)行內(nèi)力分析、載荷組合、和承載能力的驗算。其中內(nèi)力分析包括動內(nèi)力、風(fēng)載以及各種靜載荷內(nèi)力的計算。通過這些分析和計算確保瀝青攪拌樓樓架的所有構(gòu)件在各種可能的載荷工況下都不受到損壞，從而使機(jī)組能夠安全地運行。此外還需研究樓架在彎扭組合交變應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度問題。
3.關(guān)于樓架桿件穩(wěn)定性的研究：對于細(xì)長的或薄壁的受壓機(jī)構(gòu)及彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計時需要校核。本文研究的瀝青攪拌樓的樓架由于立柱高度大承受的豎直方向的載荷較大，為避免立柱失穩(wěn)，需要校核計算。研究時由于樓架受力情況復(fù)雜，需要對立柱所受外力簡化、近似處理等從而計算出立柱所能承受的臨界壓力。
4.關(guān)于樓架安全性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行驗算和優(yōu)化：將理論計算結(jié)果與有限元軟件運算的結(jié)果進(jìn)行比較，通過對結(jié)果的分析來得出結(jié)論或進(jìn)一步的優(yōu)化，這也是本文的最終目的。
五、預(yù)期解決的主要問題
問題1：如何進(jìn)行瀝青攪拌樓樓架振動位移的計算問題：
以前對機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計的方法有兩自由度法和空間多自由度法，在計算機(jī)普及以前只能采用兩自由度法。這種方法從基礎(chǔ)中逐一抽出單榀橫向框架，把它們簡化成兩自由度的質(zhì)量、彈簧體系，然后進(jìn)行動力分析。這種分析忽略了縱向框架的作用，只能求解單品框架的頻率、振型和動力響應(yīng)，其精度和空間框架的實測結(jié)果相差較大;對于不能分解成平面框架的復(fù)雜結(jié)構(gòu)該方法更無能為力。空間多自由度體系往往更接近實際的幾何、物理模型，其精度更高，但空間多自由度法計算復(fù)雜，需要求解問題較多。
本論文擬采用空間多自由度法計算，但利用空間多自由度進(jìn)行分析時難點主要是：建立計算模型與動力平衡方程并進(jìn)一步進(jìn)行動位移的計算。樓架動力計算時將振動位移分成水平振動位移和豎向振動位移的計算：
(1)進(jìn)行水平振動位移計算時，首先建立模型，方法是采用凝聚質(zhì)量和忽略轉(zhuǎn)動慣量假定，將所有桿件的質(zhì)量向兩端的質(zhì)點集中。體系的附加質(zhì)量也向質(zhì)點積聚不考慮橫梁和樓板的變形進(jìn)行計算。然后運用達(dá)朗貝爾原理建立動力平衡方程，利用公式求出所有的水平自振圓頻率和振型，進(jìn)一步計算各振型的折算質(zhì)量和載荷，最后求出動位移;
(2)進(jìn)行豎向振動位移計算時，考慮橫梁的變形，把單跨梁的鉸支座改成彈簧支座，建立模型，建立剛度方程，求出自振頻率，最后計算結(jié)構(gòu)動位移。
問題2：如何在多種載荷及其組合載荷下進(jìn)行強(qiáng)度計算的問題：
本問題的難度在于涉及的載荷非常多，如工作情況下的動載、設(shè)備自重、風(fēng)載、地震載荷等，應(yīng)該選取何種情況下的載荷或組合載荷進(jìn)行強(qiáng)度計算。此外還要研究樓架在彎扭組合交變應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度問題。
本文首先將載荷分類：
a.永久載荷組合由設(shè)備自重、樓架自重組成
b.可變載荷由動載荷組成
c.偶然組合由風(fēng)載荷組成。在樓架承載力計算時進(jìn)行載荷的組合，并取較大值作為控制值：
1)基本組合可由永久載荷與可變載荷組合，可變載荷中的各項動力載荷只考慮單向作用;
2)偶然組合可由永久載荷，可變載荷及偶然載荷組合。再進(jìn)行計算時，計算簡圖按下列規(guī)定確定：
1)柱和頂板橫梁按橫向平面剛架計算，當(dāng)量載荷考慮豎向和橫向的作用;
2)柱和頂板縱梁按縱向平面剛架計算，當(dāng)量載荷考慮豎向和縱向的作用。計算縱橫梁在水平載荷的作用下產(chǎn)生的彎矩，可近似的假定梁的兩端為固定支座來計算。
問題3：對樓架進(jìn)行有限元分析時如何建模及如何進(jìn)行模態(tài)分析的問題：
利用有限元可以進(jìn)行靜態(tài)分析、剛框架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析和模態(tài)分析。
在進(jìn)行有限元分析時首先需要進(jìn)行有限元軟件的建模，本文在建立瀝青攪拌樓樓架的有限元模型時，不能瀝青攪拌樓樓架及設(shè)備的全部導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行建模，因為那樣可能會導(dǎo)致運算量過大而使軟件無法運行，可根據(jù)需要，建立樓架的有限元模型，然后選擇所采用的有限元單元類型，劃分網(wǎng)格，最后對其進(jìn)行計算分析。采用這樣的方法，建立樓架的有限元模型，可以減少運算量，但必須能夠分析出樓架所達(dá)到的最大變形量。
對于模態(tài)分析，用于確定設(shè)計結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動特性，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，它們是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)。模態(tài)分析的好處：
(1)使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或以特定頻率進(jìn)行振動;
(2)使工程師可以認(rèn)識到結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力載荷是如何響應(yīng)的;
(3)有助于在其它動力分析中估算求解控制參數(shù)進(jìn)行模態(tài)分析需要清楚模態(tài)分析的基本理論。
本文進(jìn)行樓架的模態(tài)分析的主要分析思路：首先，進(jìn)行理論分析計算系統(tǒng)的固有頻率，然后在ANSYS中用實體建模的方法建立樓架模型，通過網(wǎng)格劃分和加載求解來得到系統(tǒng)的固有頻率。最后，將理論計算結(jié)果與軟件運算的結(jié)果進(jìn)行比較，通過對結(jié)果的分析來得出結(jié)論。
六、開題條件
學(xué)術(shù)條件：本人在經(jīng)過本科階段和研究生階段的學(xué)習(xí)，掌握了材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、高等動力學(xué)、機(jī)械振動、建筑振動理論及有限元分析理論等多方面的知識，這是論文開展的理論基礎(chǔ)。然后又參考了相關(guān)領(lǐng)域的研究成果和實踐狀況，為論文的完成有很大的實際意義。同時還有我的導(dǎo)師和同學(xué)都將為我的論文提供指導(dǎo)和幫助，這些都是我完成課題的重要保證。
設(shè)備條件：分析用計算機(jī)與軟件均具備。
七、文獻(xiàn)綜述
20世紀(jì)80年代以來，隨著有限元法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，利用有限元方法分析機(jī)架或樓架應(yīng)力、變形分布等情況，來解決其存在的問題，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的目的，已在我國有了應(yīng)用[1]。本課題利用理論計算與有限元相合的方法對瀝青攪拌樓的樓架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化，解決在實際使用過程中樓架因為強(qiáng)度問題的斷裂和振動破壞，在滿足抗振性、剛強(qiáng)度的要求下減輕樓架的質(zhì)量，降低成本。
動力機(jī)器支撐基礎(chǔ)設(shè)計一般要求應(yīng)保證抗振性、剛強(qiáng)度及穩(wěn)定性。
本文正是從這三個方面進(jìn)行分析進(jìn)行樓架結(jié)構(gòu)的分析。設(shè)計前需要弄清設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，文獻(xiàn)[2][3]介紹兩種瀝青攪拌站的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。為個人提供了一定的專業(yè)知識。由于剛度分析主要考慮變形問題，在進(jìn)行動力分析時顯然要最終求出樓架的最大的振幅，振動頻率。
對于樓架抗振性的研究：抗振性即動力分析，是本文的難點。在進(jìn)行動力分析時需要知道瀝青攪拌樓的擾力產(chǎn)生來源，及擾力的作用方向和作用點的位置，然后本文在進(jìn)行樓架的動位移計算時采用了空間多自由度法計算。空間多自由度體系往往更接近實際的幾何、物理模型，其精度更高，應(yīng)用也越來越廣泛。
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