武漢理工大學(xué)畢業(yè)答辯自制PPT模版

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.研究背景及意義研究背景及意義2.技術(shù)路線技術(shù)路線3.研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容4.總結(jié)總結(jié)1.研究背景及意義研究背景及意義1.1研究背景：研究背景： ANSYS在工程領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛，將有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合。 將數(shù)學(xué)的最優(yōu)化理論結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種新型設(shè)計(jì)方法節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間和成本，合理結(jié)構(gòu)，材料最省。 1.2研究意義研究意義：本論文對(duì)高爾夫球自動(dòng)拾球放球機(jī)器人、智能機(jī)電一體化益智娛樂(lè)機(jī)和“學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)”娛樂(lè)機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，從而掌握ANSYS的建模和分析過(guò)程，對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核，并對(duì)工程中部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了合理的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，在滿足工程要求的情況下，節(jié)

2、省一定的工程材料。研究背景及意義研究背景及意義2.技術(shù)路線技術(shù)路線ANSYS中建立三維模型加載計(jì)算輸出結(jié)果2.1 強(qiáng)度分析技術(shù)路線強(qiáng)度分析技術(shù)路線對(duì)模型進(jìn)行粘貼和網(wǎng)格化將模型導(dǎo)入ANSYS中UG中建立三維模型2.2 優(yōu)化技術(shù)路線優(yōu)化技術(shù)路線 在ANSYS中建立參數(shù)化模型加載計(jì)算輸出結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行粘貼和網(wǎng)格化定義變量分析文件優(yōu)化方法優(yōu)化控制迭代并輸出結(jié)果3.研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容3.1 室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人3.2智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)3.3學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)3.1 室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人圖3.1：室內(nèi)高爾夫撿球放球三

3、維模型圖3.2：機(jī)械臂三維模型圖3.3：升降機(jī)構(gòu)三維模型3.1.1室內(nèi)高爾夫撿球放球三維模型室內(nèi)高爾夫撿球放球三維模型3.1.2在在ANSYS中建立機(jī)械臂機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)模型中建立機(jī)械臂機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)模型圖圖3.4：機(jī)械臂機(jī)械臂ANSYS模型模型圖圖3.5：升降機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)ANSYS模型模型室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人3.1.3加載和分析加載和分析圖3.6：抓球裝置三維模型借助UG6.0中抓球機(jī)構(gòu)的模型來(lái)計(jì)算抓球部分重力，利用UG6.0分析中測(cè)量體，輸出信息為：體積V= 148002.595926726 mm3 密度= 1.1410-6kg/mm3（尼龍塑膠）質(zhì)量M = 0.

4、177603115 kg 重量G = 1.74051 N高爾夫球的質(zhì)量M為46g，整個(gè)抓球結(jié)構(gòu)重力為： 34.6 109.8 1.740512.1913NGmgG總室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)加載和分析變形應(yīng)力情況如下圖圖3.7：機(jī)械臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析圖1）機(jī)械臂機(jī)構(gòu)最大變形量為0.732mm，最大等效應(yīng)力為3.768MPa;2）升降機(jī)機(jī)構(gòu)節(jié)點(diǎn)最大變形量為0.0529mm，最大等效應(yīng)力為3.819MPa; 3）=20MPa，故強(qiáng)度符合要求。圖3.8：升降機(jī)機(jī)構(gòu)應(yīng)力分析圖室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人3.1.4 機(jī)械臂機(jī)械臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化定義兩個(gè)自變量

5、零件厚度T(0.5mmH3mm)和寬度H(10mmT20mm)，定義一個(gè)狀態(tài)變量YMAX(3MPaYMAX15MPa)表示結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力，一個(gè)目標(biāo)變量V表示結(jié)構(gòu)的體積。跌代次數(shù)跌代次數(shù)H（mm）T（mm）YMAX（106Pa）V（10-5mm3）11513.92181.4405218.472 1.6430.67572.7705 313.8802.2310.65983.0368415.3762.04480.49602.9999511.4380.60425.59180.7180611.2710.52809.47730.6213710.4650.51107.37070.5721810.1400.50

6、629.63360.55514910.0480.50539.30630.5508最優(yōu)解最優(yōu)解10.0480.50539.30630.5508表表3.1 優(yōu)化迭代過(guò)程中參數(shù)的變化情況優(yōu)化迭代過(guò)程中參數(shù)的變化情況室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人優(yōu)化前H=15mm，T=2mm，經(jīng)過(guò)ANSYS分析計(jì)算結(jié)果如圖2.7，最大節(jié)點(diǎn)變形量為0.898mm，最大等效應(yīng)力為3.92MPa；優(yōu)化后H=10mm，T=0.5mm，經(jīng)過(guò)ANSYS分析計(jì)算結(jié)果如圖2.8，最大節(jié)點(diǎn)變形量為0.569mm，最大等效應(yīng)力為9.31MPa。圖3.9 優(yōu)化前結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖 圖3.10 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)

7、器人室內(nèi)高爾夫撿球放球機(jī)器人3.2智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)圖3.11智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)慧魚(yú)模型圖 3.12 傳球機(jī)構(gòu)照片3.2.1智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)實(shí)物模型實(shí)物模型3.2.1在在UG NX中建中建立立傳球機(jī)構(gòu)模傳球機(jī)構(gòu)模型，將其導(dǎo)入型，將其導(dǎo)入ANSYS智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)3.13 傳球機(jī)構(gòu)UG裝配圖導(dǎo)入導(dǎo)入ANSYS3.2.2 在在ANSYS中針對(duì)履帶不同工況，對(duì)其進(jìn)行分析中針對(duì)履帶不同工況，對(duì)其進(jìn)行分析智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī) 根據(jù)履帶齒輪傳球階段的運(yùn)動(dòng)情況和受力不同，將機(jī)構(gòu)的工作情況分為4種：a齒輪不轉(zhuǎn)動(dòng)，履帶不

8、傳球；b齒輪啟動(dòng)，履帶帶球向上加速運(yùn)動(dòng)；c齒輪勻速，履帶平穩(wěn)向上傳球；d齒輪履帶機(jī)構(gòu)空載制動(dòng)；智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)工況工況a：履帶齒輪機(jī)構(gòu)空載，只受自身重力。履帶傳球部分只受到重力作用時(shí)的變形和應(yīng)力情況如圖：最大變形節(jié)點(diǎn)變形為0.0729mm，最大的等效應(yīng)力為4.9MPa。圖3.14 空載時(shí)履帶齒輪機(jī)構(gòu)變形圖圖3.15 空載時(shí)履帶齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)力圖工況工況b：履帶齒輪開(kāi)始帶球向上運(yùn)動(dòng)，受到自身重力帶球裝置的作用力，考慮齒輪的角加速度和角加速度，履帶傳球時(shí)的變形和應(yīng)力情況：智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)1）齒輪加速的最后的階段；2）齒輪有角速度3.74rad/s，角加速

9、度37.4rad/s2；3）最大變形量為0.0681mm，最大的等效應(yīng)力為4.9MPa。圖3.16 上行程履帶齒輪機(jī)構(gòu)變形圖圖3.17 上行程履帶齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)力圖智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)工況工況c：履帶齒輪傳球機(jī)構(gòu)受到自身重力和帶球時(shí)受反作用力，此時(shí)不考慮加速度，變形情況如圖： 分析結(jié)果表明，最大變形節(jié)點(diǎn)為0.0846mm，最大的等效應(yīng)力為5MPa。圖3.18 帶球時(shí)履帶齒輪機(jī)構(gòu)變形圖 圖3.19 帶球時(shí)履帶齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)力圖智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)工況工況d：履帶齒輪制動(dòng)起始，開(kāi)始減速，考慮齒輪的角加速度、角加速度、自身重力帶球裝置的作用力，履帶齒輪機(jī)構(gòu)的變形和應(yīng)力

10、情況：1）齒輪減速的初始階段；2）5.94rad/s的角速度，59.4rad/s2的角加速度；3）整個(gè)機(jī)構(gòu)的最大變形量為0.068mm，最大的等效應(yīng)力為5.02MPa。圖3.20 下行程履帶齒輪機(jī)構(gòu)變形圖圖3.21 下行程履帶齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)力圖小結(jié)：履帶齒輪機(jī)構(gòu)最危險(xiǎn)的工況是帶球減速運(yùn)動(dòng)初期。此時(shí)最大變形量為0.0846mm，最大的節(jié)點(diǎn)等效載荷是5.02MPa。許用應(yīng)力=2030MPa。故整個(gè)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度符合要求。智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)3.2.2 在在ANSYS中對(duì)傳球機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)架進(jìn)行分析中對(duì)傳球機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)架進(jìn)行分析智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)工況工/p>

11、11582總值總值FX（N）a0.0377-0.03770.0349-0.03490b0.09580.1044-0.0655-0.05020.0845c0.0031-0.00340.0020-0.00170d0.12100.1296-0.0698-0.05460.1262FY（N）a0.1319-0.13240.0073-0.00680b0.1334-0.1381-0.00770.01250c0.2689-0.2689-0.00100.00100d0.1395-0.1442-0.00870.01340FZ（N）a0.68630.68740.66650.66992.7101b0.60170.60

12、400.70580.69002.601c0.36170.36170.36500.36411.4526d0.59510.59740.77280.70702.6220表表3.2 節(jié)點(diǎn)反作用力比較圖節(jié)點(diǎn)反作用力比較圖通過(guò)分析可得每個(gè)節(jié)點(diǎn)所受的X、Y、Z軸的作用力及總值，d工況時(shí)四個(gè)節(jié)點(diǎn)所受的作用力較大。在ANSYS中分析計(jì)算結(jié)果如圖3.18。智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)智能一體化益智娛樂(lè)機(jī)1）傳球結(jié)構(gòu)架最大的變形為0.17mm，最大的應(yīng)力為0.8965MPa2）許用應(yīng)力=20MPa，故娛樂(lè)機(jī)的傳球結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠。圖3.22 傳球架結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖3.3學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)圖3.23 娛樂(lè)機(jī)虛擬樣機(jī)效果圖

13、圖3.24 基于慧魚(yú)的模型仿真圖3.3.1整機(jī)虛擬設(shè)計(jì)三維軸測(cè)圖和模型實(shí)物整機(jī)虛擬設(shè)計(jì)三維軸測(cè)圖和模型實(shí)物3.3.2 UG中建立中建立棋子滑道三維模型棋子滑道三維模型學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)圖3.25 學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)棋子滑道模型3.3.2 將將棋子滑道三維模型棋子滑道三維模型導(dǎo)入導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行分析進(jìn)行分析學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)圖3.26 滑道受力最惡劣時(shí)應(yīng)力圖1) 棋子滑道最大的變形為0.012mm，最大的應(yīng)力為0.642487MPa；2) 許用應(yīng)力=20MPa，故滑道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠。3.4 .1 棋子最優(yōu)間隔距離棋子最優(yōu)間隔距離學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)建立一個(gè)參

14、數(shù)化的加載節(jié)點(diǎn)，從ANSYS結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)提取最大應(yīng)力賦給設(shè)定的參數(shù)，并以模型的最大應(yīng)力的倒數(shù)最為目標(biāo)函數(shù)，找出什么位置時(shí)目標(biāo)函數(shù)最小，即模型最大應(yīng)力達(dá)到最大值。跌代次數(shù)IJAYMAX（107PA）Y（10-6）11079620.72060.138820.85720.142872730.68100.146830.57140.428679750.69220.144440.42860.571479760.69730.143450148000.71000.1408最優(yōu)解0.85720.142872730.68100.1468其中I、J為確定加載位置的參數(shù)，A為載荷施加的節(jié)點(diǎn)，YMAX為等效應(yīng)力最大值，Y

15、為等效應(yīng)力的倒數(shù)。表表3.3優(yōu)化參數(shù)的變化情況優(yōu)化參數(shù)的變化情況當(dāng)兩棋子間隔最優(yōu)時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形圖如圖4.6。由此時(shí)的計(jì)算結(jié)果可知：滑道最大的變形為0.0127mm。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力圖如圖4.7。由此時(shí)的計(jì)算結(jié)果可知：滑道最大的應(yīng)力為0.6810MPa。學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)圖3.27 棋子距離最優(yōu)時(shí)結(jié)構(gòu)變形圖圖3.28 棋子應(yīng)力最優(yōu)時(shí)結(jié)構(gòu)變形圖4. 總總 結(jié)結(jié) 室內(nèi)高爾夫自動(dòng)撿球放球機(jī)器人：尼龍塑膠，通過(guò)分析和強(qiáng)度校核，臂架結(jié)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力分別為15MPa，3.819MPa，小于許用應(yīng)力，所以整個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合要求。機(jī)械臂（寬度H=15mm，厚度T=2mm）連接件經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后寬度H=10mm，厚度T=0.5mm，最大節(jié)點(diǎn)變形量為0.569mm，最大等效應(yīng)力為9.31MPa。 智能一體化休閑娛樂(lè)機(jī)：當(dāng)球處于履帶齒輪機(jī)構(gòu)皮帶的最高點(diǎn)時(shí)履帶齒輪機(jī)構(gòu)的受力情況惡劣；各種工況下計(jì)算得出