铸造起重机主梁结构综合优化方法研究
发布时间：2020-12-24 19:50
随着人类社会发展和科学技术的进步,人类对能源和资源的过度开发与消耗,已成为制约人类经济社会发展的一大障碍,轻量化成为广泛关注的重点问题。就铸造起重机而言,其工作环境恶劣化、结构多样化、受力复杂化、重量巨大化等,导致以安全为保证的铸造起重机主梁结构优化设计难度提高。工程结构优化可以有效的减少材料的重量,降低制造成本,提高能源的利用率。设计初期,拓扑优化可为设计者提供一个概念性的模型,使整体布局最合理、最优化。本文通过先拓扑优化后尺寸优化的综合优化方法,使得优化的空间大大增加,突破了只有尺寸优化的局限性,提高了优化的效率。因此,本文以铸造起重机箱型主梁为研究对象,采用变密度拓扑优化方法,通过ANSYS大型通用有限元软件,对铸造起重机主梁腹板结构进行拓扑优化,根据概念性模型,对腹板结构进行重新设计,同时结合粒子群优化算法对主梁截面进行尺寸优化。本文论述的主要内容为:（1）进行结构优化理论知识的研究,介绍了工程结构优化的概念、分类,着重研究了拓扑优化的原理以及设计方法,采用基于SIMP插值模型的变密度拓扑优化方法,探讨铸造起重机主梁先拓扑优化、再尺寸优化的可行性。（2）采用许用应力法对铸造起重...
【文章来源】：太原科技大学山西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
起重机类型Fig.1.1Typeofcrane桥式起重机主要分为梁式起重机、通用桥式起重机以及冶金桥式起重机
这很容易导致搜索过程陷入局部最优解，因此，在 1997 年化法（ESO）提出了双向渐进结构优化法（BESO Bi-directioimization），这种改进的方法不仅能在优化的过程中删除材料单元，使得整个优化过程更容易获得全局最优解。随后，容法，结合灵敏度和应力分布规律，提出了一种改进的双向渐在工程实际中。杜海珍[46]等提出一种以应变能为基础的双向存在的问题格现象化的过程中，通过赋予结构的密度呈现大小不同的周期性分式上如同国际象棋的棋盘，实际表现是密度为“1”和密度，故称为棋盘格现象[47]，如图 1.2 所示。棋盘格现象导致优，无法对优化过后的模型进行识别和分析，同时在后期也无此棋盘格现象需要在优化过程中尽量避免出现。
图 1.3 网格依赖性Fig.1.3 Grid dependency（3）局部极值造成局部极值出现的原因有：所需要优化的数学模型中，目标函数不连续，不光化过程中所用到的优化算法全局搜索能力弱，无法保证得到全局最优解，所以容局部最优解。因此为了解决拓扑优化过程中的局部最优解问题，需要选择对目标函数要求不有很强的全局搜索能力，同时对于设计变量的初始值的选择也非常重要，选择合始值，可以尽量避免陷入局部最优解。（4）灰度单元灰度单元的概念是指在最终的拓扑优化结果中，结构中有大量的材料的密度在“1”中间，即存在密度处于“中间”的单元，如图 1.4 所示。这也导致了优化的难被识别、分析和加工制造。为了解决灰度单元问题[49]，一般引入惩罚参数，比密度法中，引入了SIMP插值模型，即引入了惩罚参数，使得在优化的过程中，
【参考文献】：
期刊论文
[1]桥式起重机箱型主梁周期性拓扑优化设计[J]. 焦洪宇,周奇才,吴青龙,李文军,李英. 机械工程学报. 2014(23)
[2]谈我国起重机轻量化的推广应用[J]. 贾旺兴,房师平,张鹏鹏. 现代制造技术与装备. 2013(01)
[3]基于渐进优化的锻造预成形优化设计研究[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 机械工程学报. 2012(22)
[4]一种新型起重机吊臂的轻量化设计与研究[J]. 申士林,张仲鹏,陈荣,顾彬. 机械设计与制造. 2012(06)
[5]基于ANSYS的多连杆机构性能优化[J]. 李初晔,孙彩霞,郑会恩. 锻压技术. 2011(06)
[6]基于NURBS和梯度法的飞艇形状优化[J]. 郭雪岩,张海军,戴韧. 航空动力学报. 2011(12)
[7]抑制灰度单元的改进优化准则法[J]. 龙凯,赵红伟. 计算机辅助设计与图形学学报. 2010(12)
[8]基于SIMP插值模型的渐进结构优化方法[J]. 刘书田,贺丹. 计算力学学报. 2009(06)
[9]应力约束下连续体结构的拓扑优化[J]. 叶红玲,隋允康. 北京工业大学学报. 2006(04)
[10]结构拓扑优化ICM方法的改善[J]. 隋允康,彭细荣. 力学学报. 2005(02)
博士论文
[1]基于单元特性改变的渐进结构拓扑优化方法及应用研究[D]. 郭中泽.中国工程物理研究院 2006
[2]渐进结构优化方法及其应用研究[D]. 荣见华.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于变密度法的箱型梁结构拓扑优化研究[D]. 冯伟.中北大学 2014
[2]基于变密度法的结构拓扑优化研究[D]. 王杰.中北大学 2014
[3]基于免疫蚁群算法的桥式起重机主梁结构拓扑优化研究[D]. 朱学敏.中北大学 2013
[4]基于库恩—塔克准则法的连续体结构拓扑优化研究与应用[D]. 熊璐娟.华中科技大学 2012
[5]飞行器结构尺寸和形状优化设计的并行协同方法[D]. 张华.南京航空航天大学 2012
[6]结构拓扑优化启发式算法的研究[D]. 何林伟.上海交通大学 2011
[7]正铲液压挖掘机工作装置优化设计[D]. 杨莹.重庆大学 2008
[8]基于变密度法的结构拓扑优化研究[D]. 李凌飞.吉林大学 2007
[9]桥式起重机主梁结构分析和优化设计[D]. 程丽珠.吉林大学 2006
本文编号：2936214
【文章来源】：太原科技大学山西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
起重机类型Fig.1.1Typeofcrane桥式起重机主要分为梁式起重机、通用桥式起重机以及冶金桥式起重机
这很容易导致搜索过程陷入局部最优解，因此，在 1997 年化法（ESO）提出了双向渐进结构优化法（BESO Bi-directioimization），这种改进的方法不仅能在优化的过程中删除材料单元，使得整个优化过程更容易获得全局最优解。随后，容法，结合灵敏度和应力分布规律，提出了一种改进的双向渐在工程实际中。杜海珍[46]等提出一种以应变能为基础的双向存在的问题格现象化的过程中，通过赋予结构的密度呈现大小不同的周期性分式上如同国际象棋的棋盘，实际表现是密度为“1”和密度，故称为棋盘格现象[47]，如图 1.2 所示。棋盘格现象导致优，无法对优化过后的模型进行识别和分析，同时在后期也无此棋盘格现象需要在优化过程中尽量避免出现。
图 1.3 网格依赖性Fig.1.3 Grid dependency（3）局部极值造成局部极值出现的原因有：所需要优化的数学模型中，目标函数不连续，不光化过程中所用到的优化算法全局搜索能力弱，无法保证得到全局最优解，所以容局部最优解。因此为了解决拓扑优化过程中的局部最优解问题，需要选择对目标函数要求不有很强的全局搜索能力，同时对于设计变量的初始值的选择也非常重要，选择合始值，可以尽量避免陷入局部最优解。（4）灰度单元灰度单元的概念是指在最终的拓扑优化结果中，结构中有大量的材料的密度在“1”中间，即存在密度处于“中间”的单元，如图 1.4 所示。这也导致了优化的难被识别、分析和加工制造。为了解决灰度单元问题[49]，一般引入惩罚参数，比密度法中，引入了SIMP插值模型，即引入了惩罚参数，使得在优化的过程中，
【参考文献】：
期刊论文
[1]桥式起重机箱型主梁周期性拓扑优化设计[J]. 焦洪宇,周奇才,吴青龙,李文军,李英. 机械工程学报. 2014(23)
[2]谈我国起重机轻量化的推广应用[J]. 贾旺兴,房师平,张鹏鹏. 现代制造技术与装备. 2013(01)
[3]基于渐进优化的锻造预成形优化设计研究[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 机械工程学报. 2012(22)
[4]一种新型起重机吊臂的轻量化设计与研究[J]. 申士林,张仲鹏,陈荣,顾彬. 机械设计与制造. 2012(06)
[5]基于ANSYS的多连杆机构性能优化[J]. 李初晔,孙彩霞,郑会恩. 锻压技术. 2011(06)
[6]基于NURBS和梯度法的飞艇形状优化[J]. 郭雪岩,张海军,戴韧. 航空动力学报. 2011(12)
[7]抑制灰度单元的改进优化准则法[J]. 龙凯,赵红伟. 计算机辅助设计与图形学学报. 2010(12)
[8]基于SIMP插值模型的渐进结构优化方法[J]. 刘书田,贺丹. 计算力学学报. 2009(06)
[9]应力约束下连续体结构的拓扑优化[J]. 叶红玲,隋允康. 北京工业大学学报. 2006(04)
[10]结构拓扑优化ICM方法的改善[J]. 隋允康,彭细荣. 力学学报. 2005(02)
博士论文
[1]基于单元特性改变的渐进结构拓扑优化方法及应用研究[D]. 郭中泽.中国工程物理研究院 2006
[2]渐进结构优化方法及其应用研究[D]. 荣见华.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于变密度法的箱型梁结构拓扑优化研究[D]. 冯伟.中北大学 2014
[2]基于变密度法的结构拓扑优化研究[D]. 王杰.中北大学 2014
[3]基于免疫蚁群算法的桥式起重机主梁结构拓扑优化研究[D]. 朱学敏.中北大学 2013
[4]基于库恩—塔克准则法的连续体结构拓扑优化研究与应用[D]. 熊璐娟.华中科技大学 2012
[5]飞行器结构尺寸和形状优化设计的并行协同方法[D]. 张华.南京航空航天大学 2012
[6]结构拓扑优化启发式算法的研究[D]. 何林伟.上海交通大学 2011
[7]正铲液压挖掘机工作装置优化设计[D]. 杨莹.重庆大学 2008
[8]基于变密度法的结构拓扑优化研究[D]. 李凌飞.吉林大学 2007
[9]桥式起重机主梁结构分析和优化设计[D]. 程丽珠.吉林大学 2006
本文编号：2936214
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