桥式起重机主梁拓扑优化及系列设计研究

发布时间：2023-03-28 19:30

　　桥式起重机是国内普遍使用的生产建设用机械产品,主梁作为其主要承载构件往往占据了较大的自重。在保证结构使用安全的前提下,适当降低主梁重量,能够有效节约企业的生产成本和钢铁资源。本文以国内某企业生产的32t/25.5m桥式起重机主梁结构为研究对象,将拓扑优化和相似理论相结合,对原型主梁进行了拓扑优化和系列设计,最后对所得到的系列新型主梁结构进行了有限元验证。本文做了以下工作:1、根据32t/25.5m桥式起重机主梁的基本结构,基于极限状态法对主梁进行载荷计算;采用HyperMesh对主梁进行参数化建模;最后分别在五种典型工况下对该主梁进行了有限元分析计算,得到了主梁在极限状态下应力和变形的分布情况。2、以主梁在五种典型工况下对应的柔度最小为目标函数,结合SIMP变密度法与数学折衷规划优化法,建立了桥式起重机偏轨箱形主梁多工况拓扑优化模型;通过有限元分析计算,得到了满足五种典型工况的起重机主梁最优拓扑结构;结合制造工艺要求,经过重构确定出主梁的最佳承载结构形式,并设计出新型开孔式腹板主梁结构。3、以新型32t/25.5m开孔式腹板主梁结构为基型,使用相似设计方法分析主梁尺寸参数与载荷间的关系...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 拓扑优化方法研究现状
        1.2.2 多工况拓扑优化研究现状
        1.2.3 结构系列设计研究现状
        1.2.4 起重机主梁优化研究现状
    1.3 课题的来源、意义和研究内容
2 拓扑优化与结构系列设计概述
    2.1 结构拓扑优化设计理论
        2.1.1 拓扑优化的一般流程
        2.1.2 灵敏度分析
        2.1.3 近似模型拟合
        2.1.4 迭代寻优原理
        2.1.5 收敛条件
    2.2 基于OptiStruct的主梁拓扑优化概述
        2.2.1 棋盘格现象
        2.2.2 网格依赖性现象
        2.2.3 灰度单元现象
        2.2.4 对称约束
    2.3 结构系列设计理论与方法
        2.3.1 系列设计概述
        2.3.2 系列设计基本方法
    2.4 本章小结
3 桥式起重机参数化有限元分析
    3.1 桥式起重机主梁基本结构
        3.1.1 桥式起重机主梁基本结构及相关参数
        3.1.2 桥式起重机主梁的设计要求
        3.1.3 起重机的载荷工况组合
        3.1.4 起重机应用极限状态法的载荷计算
    3.2 基于Tcl/Tk的桥式起重机参数化建模
        3.2.1 Tcl/Tk语言简介
        3.2.2 桥式起重机主梁模型的部分简化
        3.2.3 桥式起重机主梁参数化建模
        3.2.4 主梁模型有限元分析前处理操作
    3.3 桥式起重机主梁有限元分析结果
    3.4 本章小结
4 桥式起重机主梁多工况拓扑优化设计
    4.1 变密度法材料插值模型
    4.2 主梁多工况拓扑优化数学模型
    4.3 基于OptiStruct的主梁多工况拓扑优化
    4.4 主梁多工况拓扑优化结果
    4.5 新型主梁结构的重建与分析
        4.5.1 新型主梁结构的重建
        4.5.2 新型主梁结构的分析与有限元验证
    4.6 新型主梁的轻量化设计
    4.7 本章小结
5 桥式起重机主梁的系列结构设计
    5.1 主梁的相似关系分析
    5.2 主梁的系列结构设计
    5.3 变型桥式起重机主梁设计与有限元验证
        5.3.1 20t/19.5m桥式起重机主梁结构分析
        5.3.2 50t/31.5m桥式起重机主梁结构分析
        5.3.3 三种系列主梁优化结构的对比分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢



本文编号：3773140