基于改进退火—粒子群混合算法的桥式起重机主梁优化设计

发布时间：2017-04-21 14:22

  本文关键词：基于改进退火—粒子群混合算法的桥式起重机主梁优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着全球经济迅速发展,工业生产规模不断扩大,桥式起重机作为一种重要的物料装卸和搬运设备,广泛应用于建材、运输、矿山、制造业和石油化工等领域。目前,我国桥式起重机设计多采用传统的许用应力法和极限状态法,传统设计方法虽然能满足工程需要,但材料浪费严重、结构尺寸较大、能耗较高。桥架结构占桥式起重机总重60%~80%,而主梁又是桥架重要组成部分,是桥式起重机最主要的承载部件,为使我国桥式起重机向着安全可靠、轻量化、低能耗方向发展,对桥式起重机主梁进行结构优化设计显得尤为重要。本文采用改进退火-粒子群混合优化算法(SA-PSO)对桥式起重机主梁进行优化设计,其内容主要包括:(1)介绍桥式起重机结构组成,对其进行载荷计算。确定主梁截面的五个尺寸参数为设计变量,以制造工艺、边界尺寸、力学性能等方面的要求为约束条件,以主梁截面面积最小为目标函数,构建箱形主梁优化设计数学模型;(2)分析模拟退火算法(SA)和粒子群算法(PSO)的优缺点,取长补短,将“优选粒子”引入粒子群算法后,再与模拟退火算法相互结合,得到改进模拟退火-粒子群混合优化算法。通过测试函数和主梁优化实例对改进SA-PSO混合算法进行验证,证明改进SA-PSO混合优化算法的可行性和合理性;(3)以30t/25.5m正轨箱形双梁桥式起重机主梁为研究对象,以MATLAB软件为实现工具,运用改进SA-PSO混合算法对起重机主梁进行优化,优化后主梁截面面积减少到31230mm2,明显减轻主梁自重,达到优化设计目的;(4)利用有限元软件ABAQUS,对改进退火-粒子群混合算法优化后的正轨箱形双梁桥式起重机进行静态分析、模态分析和谐响应分析,分析结果表明优化后主梁符合强度、刚度要求,优化后桥式起重机结构合理、动态性能良好。
【关键词】：桥式起重机 主梁 优化设计 粒子群算法 模拟退火算法 模态分析 谐响应分析
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP18;TH215
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外桥式起重机研究现状13-15
• 1.2.2 国内桥式起重机研究现状15-16
• 1.3 本课题研究主要内容和技术路线16-17
• 1.3.1 本课题研究主要内容16
• 1.3.2 本课题研究技术路线16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第2章 桥式起重机载荷分析18-32
• 2.1 桥式起重机简介18-21
• 2.1.1 桥式起重机分类18-19
• 2.1.2 桥式起重机桥架结构19-21
• 2.2 载荷分析21-24
• 2.2.1 固定载荷1P21
• 2.2.2 活动载荷2P21-22
• 2.2.3 水平惯性载荷HP22
• 2.2.4 侧向歪斜载荷SP22-23
• 2.2.5 扭转载荷23
• 2.2.6 载荷组合23-24
• 2.3 桥式起重机主梁计算24-31
• 2.3.1 垂直方向载荷24-25
• 2.3.2 水平方向载荷25-27
• 2.3.3 主梁强度校核27-28
• 2.3.4 主梁疲劳强度校核28-30
• 2.3.5 主梁刚度校核30-31
• 2.3.6 稳定性校核31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 主梁优化设计数学模型32-41
• 3.1 优化设计流程32-33
• 3.2 优化设计数学模型33-35
• 3.3 箱形主梁优化设计数学模型建立35-40
• 3.3.1 设计变量的选取36-37
• 3.3.2 约束条件的确定37-40
• 3.3.3 目标函数的建立40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 改进模拟退火-粒子群混合算法分析41-55
• 4.1 主梁优化分析41-42
• 4.2 优化算法介绍42-47
• 4.2.1 粒子群算法（PSO）42-43
• 4.2.2 模拟退火算法（SA）43-46
• 4.2.3 优选粒子46-47
• 4.3 模拟退火-粒子群混合算法47-52
• 4.3.1 混合算法基本原理47
• 4.3.2 改进混合算法步骤47-49
• 4.3.3 测试函数仿真计算49-52
• 4.4 算法对比验证52-54
• 4.4.1 数学模型52-53
• 4.4.2 设置参数53-54
• 4.4.3 结果对比分析54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 桥式起重机主梁优化设计实例55-71
• 5.1 桥式起重机参数55
• 5.2 基于模拟退火-粒子群混合算法的主梁优化设计55-60
• 5.2.1 生成初始种群和粒子更新55-58
• 5.2.2 设置参数58-59
• 5.2.3 优化结果分析59-60
• 5.3 优化结果有限元分析60-70
• 5.3.1 建立主梁有限元模型61-62
• 5.3.2 静态分析62-63
• 5.3.3 模态分析63-68
• 5.3.4 谐响应分析68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论与展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 作者简介76-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果77-78

【参考文献】

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