基于模糊随机可靠性的塔式起重机结构系统优化设计

发布时间：2020-07-24 05:32

【摘要】： 近年来,我国塔式起重机的产量迅猛增长,但由于设计制造水平的局限,以及塔机的使用环境复杂多样,使产品的可靠性难以保证,事故频发。本文从塔机结构系统可靠性角度出发,考虑了结构设计中存在的模糊随机因素,采用模糊优化的思想建立了基于模糊随机可靠性的结构优化模型。对于基于可靠性的优化方法,在实际应用中设计者面临的最突出问题就是计算量大、效率低。尤其是复杂结构,庞大的计算量使很多设计者望而却步。鉴于此,本文探讨了具有多变量的复杂机械结构的可靠性优化问题,并以塔机为例,在ANSYS中建立了塔机结构系统有限元模型,采用蒙特卡罗法和响应面法混合模拟的方法来获得塔机结构系统主要失效模式及所关心控制变量的功能函数的响应面近似模型,并且证明了其对原模型有较高的拟合精度。以响应面方程代替有限元模型,对于每一次优化循环不需要再进行一次有限元分析,很大程度上提高了复杂结构可靠性优化的效率。 本文借助iSIGHT软件提供的优化平台,采用自适应模拟退火算法完成了塔式起重机结构系统以结构总重为目标的可靠性优化,使结构系统总重减少了18.3%,很大程度上减少了产品的制造成本；同时使各主要失效模式的可靠度指标控制在了设计人员希望的范围内。考虑到塔机整机静刚度的要求,本文利用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ完成了以结构总重最小和整机静刚度最大为目标的多目标优化,得到了目标空间下的Pareto前沿,设计者可根据需要在Pareto解集中选择适宜设计方案。 综上所述,通过本文的工作为复杂机械结构的模糊随机可靠性优化提供了一种解决方案,并在塔式起重机的应用中收到了较好的成效。通过基于可靠性的优化对设计方案的改进,使结构系统安全性和经济性达到很好的平衡。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH213.3

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本文编号：2768396