20T/5T桥式起重机主梁的有限元分析及优化设计

发布时间：2024-07-02 04:33

　　桥式起重机作为现代化工业生产和起重运输行业的重要工具和设备之一，在室内外工厂企业、铁路交通以及运输物流等部门场所得到了广泛的运用。然而国内外对起重机的设计大部分都停留在传统的经验性设计上，很少有设计者对整个起重机桥架结构进行整体分析。本文的研究对象为某机械厂生产的20T/5T桥式起重机，课题的研究内容包括对桥式起重机桥架整体结构进行有限元分析、结构改进以及优化设计，在强度和刚度满足用户使用要求的前提下，降低产品的生产成本。 本文首先建立桥式起重机主梁优化设计的数学模型，根据数学模型确立主梁需要优化的尺寸，并作为设计变量。结合APDL参数化设计语言建立起重机桥架的有限元模型，正确的施加约束和载荷。对起重机工作中常见的四种工况组合进行有限元分析，求解获得各工况下主梁的应力和应变分布情况。对比各工况下的较大应力及分布位置，通过表格直观的选出主梁最危险工况，并根据危险工况下主梁的应力集中现象对主梁结构进行改进。对改进后的主梁进行结构分析，得到了主梁的最大应力由原先的248.805Mpa减小到了176.214Mpa，比原来下降了28.6%。由此可见主梁端部的应力集中现象得到了极大的改善。为以后主...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 起重机国内外研究现状
    1.3 有限元法的研究现状
    1.4 优化设计的研究现状
    1.5 主要研究内容与方法
    1.6 本章小结
第二章 桥式起重机设计概述
    2.1 桥式起重机的基本工作原理
    2.2 桥式起重机各项主要参数
    2.3 主梁载荷计算
        2.3.1 载荷的种类
        2.3.2 载荷的系数
        2.3.3 载荷组合的选取
        2.3.4 小车轮压的计算
    2.4 本章小结
第三章 桥式起重机主梁参数化模型的建立
    3.1 ANSYS 软件介绍
    3.2 主梁优化设计数学模型的建立
    3.3 主梁参数化模型的建立
        3.3.1 桥架模型的简化
        3.3.2 材料属性的定义
        3.3.3 设计变量的选取
        3.3.4 几何模型的建立
    3.4 单元类型的选择
        3.4.1 壳单元
        3.4.2 分网单元 MESH200
        3.4.3 接触对单元
    3.5 网格的划分
    3.6 本章小结
第四章 桥式起重机主梁有限元分析及结构改进
    4.1 起重机桥架结构有限元分析概述
        4.1.1 有限元法基本概念和原理
        4.1.2 有限元分析的基本步骤
    4.2 起重机桥架结构工况确定
    4.3 桥架的加载及求解
        4.3.1 约束的施加
        4.3.2 小车轮压的施加
        4.3.3 自重载荷的施加
        4.3.4 水平惯性载荷的施加
    4.4 各工况分析结果对比及校核
        4.4.1 工况 1——小车位于跨中满载起升
        4.4.2 工况 2——常态重力工况
        4.4.3 工况 3——小车位于主梁端部满载起升
        4.4.4 工况 4——小车满载运行到主梁跨中
        4.4.5 各工况大应力、变形对比
    4.5 提出结构改进措施
    4.6 本章小结
第五章 桥式起重机主梁的结构优化设计
    5.1 优化设计概述
        5.1.1 结构优化设计简介
        5.1.2 优化设计的数学模型
        5.1.3 优化设计方法介绍
    5.2 基于 ANSYS 对主梁进行优化设计
    5.3 主梁优化结果
    5.4 圆整分析最优序列
    5.5 本章小结
第六章 利用导重法进行主梁结构优化
    6.1 导重法介绍及其原理
    6.2 导重法和 ANSYS 相结合对主梁进行优化
        6.2.1 结构优化设计对偶提法
        6.2.2 基于导重法的优化设计过程
    6.3 优化结果分析和对比
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3999691