铸造起重机箱型主梁协同优化设计研究

发布时间：2020-10-09 17:00

　　铸造起重机是冶金行业不可或缺的大型装备。随着科技不断发展,智能算法用于起重机优化设计已成为行业趋势。针对当前起重机主梁轻量化设计主要采用某种智能算法、对某种智能算法改进后进行优化,但仍会存在收敛慢、易局部寻优、精度低等不足。本文先重点研究分析随机搜索算法、粒子群算法、混沌优化算法铸造起重机箱型主梁轻量化设计,引入“协同优化”理念,提出铸造起重机箱型主梁协同优化设计研究。本文主要研究内容如下:1)偏轨箱型主梁的受力分析、整体稳定性、静态刚度、动态刚度、静强度、疲劳强度、局部稳定性等理论计算。2)以主梁截面8个参数为设计变量,以主梁截面的刚度、强度、力学性能、稳定性、尺寸边界条件、参考《起重机设计手册》及GB/T3811-2008设计规范中有关起重机主梁截面参数取值范围规定等为约束条件,以主梁截面积最小为目标函数,建立主梁数学模型。3)以100/40t-28.5m双梁偏轨铸造起重机为工程实例,分别用随机搜索、粒子群和混沌优化三种算法对铸造起重机箱型主梁轻量化设计,然后根据前述三种智能算法优化迭代曲线特征,以最快下降率、最快收敛速度、最少迭代次数作为协同优化的主要依据,将三种智能算法各自优势集于一体形成两种新型智能优化算法---随机+粒子群优化算法和混沌+粒子群优化算法,并用这两种协同优化算法进行优化分析,不仅使铸造起重机箱型主梁截面积最小,而且大大缩短收敛迭代次数和寻优时间,取得很好效果,实现铸造起重机箱型主梁的协同优化设计研究目的。4)将优化后的主梁截面尺寸参数,用ANSYS参数化APDL建立偏轨箱型铸造起重机实体建模,参数设置、约束及载荷加载、划分网格,后处理等进行静力学分析。结果表明:优化后参数达到箱型主梁的静强度与静态刚度的设计要求,从而证明了协同优化设计的可行性和正确性。5)以Microsoft Visual Studio 2012为开发平台,采用C#编程语言开发铸造起重机偏轨箱型主梁轻量化设计可视化操作系统软件。
【学位单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG231.1
【部分图文】：

课题研究,结构框架

沌优化算法对铸造起重机箱型主梁轻量化设计，然后根据前述三种曲线特征，以最快下降率、最快收敛速度、最少迭代次数作为智能将三种智能算法各自优势集于一体形成两种新型智能优化算法---随法和混沌+粒子群优化算法，并用这两种协同优化算法进行优化分析机箱型主梁截面积最小，而且大大缩短收敛迭代次数和寻优时间，现铸造起重机箱型主梁的协同优化设计研究目的。将优化后的主梁截面尺寸参数，用 ANSYS 参数化 APDL 建立偏轨箱建模，参数设置、约束及载荷加载、划分网格，后处理等进行静力：优化后参数达到箱型主梁的静强度与静态刚度的设计要求，从而计的可行性和正确性。以 Microsoft Visual Studio 2012 为开发平台，采用 C#编程语言开发了型主梁轻量化设计可视化操作系统软件。课题研究技术路线题研究的技术路线，如图 1.1 所示。

许用应力,设计流程图,铸造起重机

铸造起重机作为冶金行业必备的重大机械装备，其主要由箱型主梁、箱型端梁、大小车和驾驶室连接组合而成。铸造起重机主梁金属结构部分除承担自身载荷外，还承担与转移作业过程中受到的各种载荷。根据 GB/T3811-2008《起重机设计标准》[37]，对于铸造起重机结构设计常使用许用应力法与极限状态法。本文采用许用应力法对铸造起重机金属结构进行计算。2.1 许用应力法理论2.1.1 许用应力法许用应力法指在外负载作用下，结构和结构连接处会出现结构变形与复合应力，不超过其承载能力如强度、刚度和变形控制值的设计方法。其实质是单一的安全系数定值法，核心思想是将可能出现影响结构零、部件的可靠性与支撑力因素均视为一个固定标准值。通过选用较安全的系数作为整个影响因素，并满足在危险截面位置的折算应力小于其许用应力值[38]。许用应力法特别适合结构所受的外载荷、使用的材料或结构几何关系呈线性关系的，其设计流程图，如图 2.1 所示。

主梁截面,几何模型,缘板,面积

图 2.2 主梁截面几何模型Fig.2.2 Geometric model of beam section梁截面的几何特性：缘板的面积：1 1 6A X X缘板的面积：2 2 8A X X板的面积：3 3 7A X X板的面积：4 5 7A X X截面的截面积：1 2 3 41 6 2 8 3 7 5 Aear A A A AX X X X X X X 截面的毛面积：

【参考文献】