機械類畢業設計開題報告範文
透過畢業設計，學生可以綜合應用所學的各種理論知識和技能，進行全面、系統、嚴格的技術及基本能力的練習。給大家分享了機械類畢業設計開題報告模板，一起來看看吧！
一、擬選定學位論文的題目名稱
瀝青攪拌樓的樓架結構分析
二、選題的科學意義和應用前景
選題的科學意義：
大型機器的支撐基礎，承受著由機器的不平衡擾力引起的振動和機器的自重等，如其振動過大，將會影響機器的加工要求或無法正常運轉，甚至損壞機器和影響鄰近的裝置、儀器和人員的工作和生活，嚴重的還會危及建築物的安全。因此動力機器的基礎結構分析具有重要的意義。
我國對於動力機器基礎正式研究起於上世紀七十年代，在八十年代主要編製成了國家標準《動力機器基礎設計規範》和《設計手冊》，這對於動力機器基礎設計和分析提供了重要依據和參考。近年來對於動力機器基礎結構的研究，往往集中於對壓縮機、壓力機、運輸機、配料機等機器基礎的設計和結構分析。對於工業上應用的更復雜的裝置，像由振動篩、攪拌器等多個動力機器組成的大型瀝青攪拌樓，對於這種往往由多個動力機器組合的大型裝置的樓架問題研究的幾乎沒有。另一方面研究人員僅僅採用單一理論計算方法計算擾力值，振動幅值等，計算方法和引數的選擇並不統一，或考慮不夠全面造成結果各不相同或不接近實際。
針對以上問題，本文擬考慮多臺裝置共同作用時的振動合成，如考慮攪拌機的振動擾力和振動篩的擾力，並考慮如風載、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上，採用有限元分析軟體對樓架進行模態分析，獲得結構的頻率和振型，然後進行分析，根據分析結果最佳化樓架設計，並再次進行有限元計算，驗證改進方案的可行性。
選題的應用前景：
瀝青混凝土攪拌裝置是瀝青路面機械化施工的關鍵裝置，近20年來，我國公路交通事業發展迅猛，公路機械化施工因此獲得巨大進步，特別是對參與高速公路瀝青路面工程建設的企業來說，擁有大型瀝青混凝土攪拌裝置已是市場準入條件之一。而其樓架部分是攪拌樓的重要承載機構，其設計首先必須保證機器的特定工作要求，滿足振動和抗振的要求。
樓架作為瀝青攪拌樓的支撐基礎，它在各種工況下承受著巨大的載荷。若區域性的`應力過高會導致結構被破壞，因此需要對樓架結構剛強度和抗振性及穩定性進行分析，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約材料，因此對企業生產經濟性具有重大意義。
企業中瀝青攪拌樓的樓架設計往往利用技術人員的經驗設計，即直接採用特定的結構和尺寸進行生產製造。本文的選題來源於企業，是對現有某型號瀝青攪拌樓的樓架安全性和經濟性進行驗算分析或在進一步最佳化設計，這樣可以有效地降低設計成本，更具經濟性。
選題中由於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。同時採用有限元軟體進行分析，更好的展現在工作情況下樓架的實際情況，顯現出樓架中的危險部分，可以針對問題對樓架機構進行進一步的改進和完善，最佳化樓架，為瀝青攪拌樓樓架的設計提供有力的依據。這些對於大型複雜裝置的支撐基礎設計都具有一定的參考意義。
三、背景科研專案情況簡介
此課題來源於工程實際，是以無錫錫通科技集團某瀝青攪拌樓設計為背景展開的。其樓架結構分析是攪拌樓設計工作的重要組成部分。此課題的完成將為企業進行各種型號瀝青攪拌樓的樓架設計提供重要依據。
四、學位論文主要研究內容
動力機器基礎設計應根據基礎本身質量、剛度的分佈、裝置的質量和剛度、地基的影響、擾力大小和相位等因素，確定安全可靠、適用、經濟合理和技術先進的方案。
本論文是對企業中已有的樓架安全性與經濟性進行分析驗算和最佳化，樓架的結構和選材已定、不進行研究，本論文對於瀝青攪拌樓的樓架設計提出必須滿足的三個基本要求：
(1)具有良好的抗振性;
(2)具有足夠的剛強度;
(3)穩定性要求。
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執行和安全生產。所以在進行瀝青攪拌樓的樓架設計時需要進行動力特性分析以及強度和穩定性的計算。最後就樓架可行性與經濟性進行驗算和最佳化。
1.關於樓架抗振性研究：設計動力機器機架的基本目標是限制其振動幅值和自振頻率，以滿足機器本身和附近裝置、儀器的運轉和不影響鄰近工作人員和居民的工作和生活。因此本設計中動力計算時首先要確定機器的擾力作用方向和擾力值及其作用點的位置，然後按瀝青攪拌裝置的擾力性質，採用相應的動力計算公式，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.關於樓架剛強度的研究：要使樓架具有良好的動態效能必須保證它具有足夠的靜、動態剛度。靜態剛度是以滿載靜力作用下的靜位移來表徵，動態剛度是指其動態特性，是以其系統的滿載自振頻率來表徵。對剛度的研究本文從這兩個方面入手分別計算。強度設計的準則是在機器運轉中可能發生的最大載荷的情況下樓架上任何點的應力都不得大於允許應力。強度計算時本文主要進行內力分析、載荷組合、和承載能力的驗算。其中內力分析包括動內力、風載以及各種靜載荷內力的計算。透過這些分析和計算確保瀝青攪拌樓樓架的所有構件在各種可能的載荷工況下都不受到損壞，從而使機組能夠安全地執行。此外還需研究樓架在彎扭組合交變應力作用下的疲勞強度問題。
3.關於樓架杆件穩定性的研究：對於細長的或薄壁的受壓機構及彎-壓結構存在失穩問題，失穩對結構會產生很大的破壞，設計時需要校核。本文研究的瀝青攪拌樓的樓架由於立柱高度大承受的豎直方向的載荷較大，為避免立柱失穩，需要校核計算。研究時由於樓架受力情況複雜，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.關於樓架安全性與經濟性進行驗算和最佳化：將理論計算結果與有限元軟體運算的結果進行比較，透過對結果的分析來得出結論或進一步的最佳化，這也是本文的最終目的。
五、預期解決的主要問題
問題1：如何進行瀝青攪拌樓樓架振動位移的計算問題：
以前對機器基礎的設計的方法有兩自由度法和空間多自由度法，在計算機普及以前只能採用兩自由度法。這種方法從基礎中逐一抽出單榀橫向框架，把它們簡化成兩自由度的質量、彈簧體系，然後進行動力分析。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，其精度和空間框架的實測結果相差較大;對於不能分解成平面框架的複雜結構該方法更無能為力。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複雜，需要求解問題較多。
本論文擬採用空間多自由度法計算，但利用空間多自由度進行分析時難點主要是：建立計算模型與動力平衡方程並進一步進行動位移的計算。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)進行水平振動位移計算時，首先建立模型，方法是採用凝聚質量和忽略轉動慣量假定，將所有杆件的質量向兩端的質點集中。體系的附加質量也向質點積聚不考慮橫樑和樓板的變形進行計算。然後運用達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，進一步計算各振型的折算質量和載荷，最後求出動位移;
(2)進行豎向振動位移計算時，考慮橫樑的變形，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，最後計算結構動位移。
問題2：如何在多種載荷及其組合載荷下進行強度計算的問題：
本問題的難度在於涉及的載荷非常多，如工作情況下的動載、裝置自重、風載、地震載荷等，應該選取何種情況下的載荷或組合載荷進行強度計算。此外還要研究樓架在彎扭組合交變應力作用下的疲勞強度問題。
本文首先將載荷分類：
a.永久載荷組合由裝置自重、樓架自重組成
b.可變載荷由動載荷組成
c.偶然組合由風載荷組成。在樓架承載力計算時進行載荷的組合，並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。再進行計算時，計算簡圖按下列規定確定：
1)柱和頂板橫樑按橫向平面剛架計算，當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，當量載荷考慮豎向和縱向的作用。計算縱橫樑在水平載荷的作用下產生的彎矩，可近似的假定梁的兩端為固定支座來計算。
問題3：對樓架進行有限元分析時如何建模及如何進行模態分析的問題：
利用有限元可以進行靜態分析、剛框架結構的地震響應分析和模態分析。
在進行有限元分析時首先需要進行有限元軟體的建模，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裝置的全部匯入ANSYS中進行建模，因為那樣可能會導致運算量過大而使軟體無法執行，可根據需要，建立樓架的有限元模型，然後選擇所採用的有限元單元型別，劃分網格，最後對其進行計算分析。採用這樣的方法，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到的最大變形量。
對於模態分析，用於確定設計結構或機器部件的振動特性，即結構的固有頻率和振型，它們是承受動態載荷結構設計中的重要引數。模態分析的好處：
(1)使結構設計避免共振或以特定頻率進行振動;
(2)使工程師可以認識到結構對於不同型別的動力載荷是如何響應的;
(3)有助於在其它動力分析中估算求解控制引數進行模態分析需要清楚模態分析的基本理論。
本文進行樓架的模態分析的主要分析思路：首先，進行理論分析計算系統的固有頻率，然後在ANSYS中用實體建模的方法建立樓架模型，透過網格劃分和載入求解來得到系統的固有頻率。最後，將理論計算結果與軟體運算的結果進行比較，透過對結果的分析來得出結論。
六、開題條件
學術條件：本人在經過本科階段和研究生階段的學習，掌握了材料力學、結構力學、高等動力學、機械振動、建築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。然後又參考了相關領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。同時還有我的導師和同學都將為我的論文提供指導和幫助，這些都是我完成課題的重要保證。
裝置條件：分析用計算機與軟體均具備。
七、文獻綜述
20世紀80年代以來，隨著有限元法和結構最佳化設計技術的發展，利用有限元方法分析機架或樓架應力、變形分佈等情況，來解決其存在的問題，實現最佳化設計的目的，已在我國有了應用[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行結構分析和最佳化，解決在實際使用過程中樓架因為強度問題的斷裂和振動破壞，在滿足抗振性、剛強度的要求下減輕樓架的質量，降低成本。
動力機器支撐基礎設計一般要求應保證抗振性、剛強度及穩定性。
本文正是從這三個方面進行分析進行樓架結構的分析。設計前需要弄清裝置的結構和工作原理，文獻[2][3]介紹兩種瀝青攪拌站的基本結構和工作原理。為個人提供了一定的專業知識。由於剛度分析主要考慮變形問題，在進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。
對於樓架抗振性的研究：抗振性即動力分析，是本文的難點。在進行動力分析時需要知道瀝青攪拌樓的擾力產生來源，及擾力的作用方向和作用點的位置，然後本文在進行樓架的動位移計算時採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，應用也越來越廣泛。