大跨度双梁桥式起重机动刚度分析及优化

发布时间：2018-03-28 15:51

  本文选题：桥式起重机　切入点：摸态分析　出处：《中南林业科技大学》2017年硕士论文

【摘要】：近年来,我国桥式起重机在大吨位和大跨度方面的需求与日俱增,结构的轻量化设计是起重机制造材料刚强度水平大幅提升形势下的必然要求。同时为了提高暴露在振动环境下的起重机操控人员的舒适性和其作业效率,起重机设计过程中必须要考虑振动幅值及振动衰减时间因素,因此针对现代起重机动刚度的分析与优化工作显得尤为重要。本文首先利用三维建模软件AutoCAD建立某双梁大跨度单小车桥式起重机的全钢结构模型,基于Hypermesh网格生成平台对简化后的起重机几何模型进行了拓扑合理的精密网格划分。基于脚本语言Python对Abaqus进行了二次开发,实现了起重机桥架结构的参数化建模。从而建立了大跨度桥式起重机主梁的有限元仿真模型并对仿真模型进行了校核;其次对大跨度桥式起重机的静态刚强度和动刚度进行了分析,并对桥式起重机动刚度主要影响因素进行了分析:基于Abaqus中Frequency子步分析了小车位置和端梁支撑刚度影响下起重机前六阶的模态特征和模态频率。分析了起重机动刚度的值及各因素的影响机理;然后对桥式起重机动刚度优化数学模型进行了建立:基于脚本语言Python对Abaqus主梁参数化建模和动静态特性计算,并对系统的分析结果进行筛选和提取,最终成功地将起重机主梁尺寸的优化设计过程集成到多学科设计平台ISight,选用ISight平台的多岛遗传算法对优化数学模型进行求解寻优;最后,基于ISight平台对某48m大跨度双梁桥式起重机进行动刚度和质量的双目标优化,通过设立目标函数、约束条件和多岛遗传算法相关参数,实现对优化数学模型的自动求解,获得主梁截面尺寸的最优解,从而达到改善动态性能和结构轻量化的目标。最终优化结果显示:系统动刚度从原来的2.27Hz增加至2.67Hz,增加幅度到17.62%,结构重量从原来的55.88ton降至52.58ton,降低幅度达5.91%。本文最终获得的结果为能同时满足起重机强度、刚度和动态特性和轻量化需求的最优解,这能为桥式起重机的主梁动静特性的优化设计提供方法支持,最终实现减少起重机自重和改善系统动刚度的目的。
[Abstract]:In recent years, the demand of bridge cranes in China for large tonnage and span has been increasing day by day. The lightweight design of the structure is the inevitable requirement of crane manufacturing material under the condition of greatly increasing the level of rigid strength. Meanwhile, in order to improve the comfort and working efficiency of crane operators exposed to vibration environment, The factors of vibration amplitude and vibration attenuation time must be considered in the design process of crane. Therefore, it is very important to analyze and optimize the dynamic stiffness of modern cranes. Firstly, the whole steel structure model of a large span crane with double beam and single trolley bridge is established by using 3D modeling software AutoCAD in this paper. Based on the Hypermesh grid generation platform, the simplified geometric model of crane is divided into precise meshes with reasonable topology. Based on the script language Python, the secondary development of Abaqus is carried out. The parameterized modeling of crane bridge structure is realized, and the finite element simulation model of the main girder of long span bridge crane is established, and the simulation model is checked. Secondly, the static rigid-strength and dynamic stiffness of long-span bridge crane are analyzed. The main factors affecting the dynamic stiffness of the bridge crane are analyzed. Based on the Frequency sub-step in Abaqus, the modal characteristics and modal frequencies of the first six stages of the crane under the influence of the position of the trolley and the support stiffness of the end beam are analyzed. The value of stiffness and the influence mechanism of each factor; Then the mathematical model of dynamic stiffness optimization of bridge crane is established: parametric modeling and dynamic and static characteristic calculation of Abaqus main girder are made based on script language Python, and the analysis results of the system are screened and extracted. Finally, the optimization design process of crane main girder size is integrated into the multi-disciplinary design platform ISight.The optimization mathematical model is solved by multi-island genetic algorithm based on ISight platform. Based on the ISight platform, the dynamic stiffness and mass of a 48m large-span double-beam crane are optimized. By setting up objective function, constraints and parameters related to multi-island genetic algorithm, the optimization mathematical model can be solved automatically. The optimal solution of the cross section size of the main beam is obtained. The optimization results show that the dynamic stiffness of the system increases from the original 2.27Hz to 2.67 Hz, and increases to 17.62%, and the weight of the structure decreases from the original 55.88ton to 52.58 tonnage, and decreases by 5.91%. The final result is that the crane strength can be satisfied at the same time, The optimal solution of stiffness, dynamic characteristics and lightweight requirements can provide method support for the optimization design of the dynamic and dynamic characteristics of the main girder of the bridge crane, and finally achieve the purpose of reducing the crane weight and improving the dynamic stiffness of the system.
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH215

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本文编号：1676985