桥门式起重机金属结构优化设计系统

发布时间：2017-05-28 08:09

  本文关键词：桥门式起重机金属结构优化设计系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，，起重机在工业生产中的地位越来越重要。传统设计方法导致起重机的金属结构存在结构参数不合理，质量偏重，性能“富余”等现象。目前文献表明在起重机金属结构有限元分析方面，研究对象大多只针对于某一类型的起重机金属结构，而并没有建立将多种类型的起重机金属结构进行有限元分析的系统。本文以有限元理论为基础，结合商业分析软件，以二次开发为手段，开发一套集参数化建模、结构静态特性分析、优化设计分析于一体的设计系统。设计人员通过简单的交互式操作，实现桥门式起重机金属结构的分析及优化分析，在满足结构的强度、刚度的条件下，达到降低结构重量的目的。该研究工作避免了重复建模的工作，降低了设计人员采用有限元设计分析的门槛，对提高设计人员的工作效率和缩短设计周期具有重要的意义。论文的主要内容如下： （1）对A型刚柔支腿门式起重机以及桥式起重机的金属结构做参数化处理，并用APDL参数化语言建立几种机型的金属结构参数化有限元分析模型，并确定相应的载荷工况以及边界条件。 （2）分析桥门式起重机金属结构的受力，针对不同的工况，对桥门式起重机金属结构进行静态特性分析，对QG20t/31.5型号的桥式起重机金属结构进行试验测试，并与系统分析计算结果进行比较，验证系统的可靠性。 （3）以优化设计为理论依据，以桥式起重机和门式起重机的金属结构的相关参数作为设计变量，在满足刚度、强度及其他设计原则的基础上，以金属结构的重量作为目标变量，采用分步优化等方法对起重机金属结构进行优化设计分析，并对优化设计结果进行圆整，将圆整后的设计变量尺寸对起重机进行性能分析，验证优化的可行性。 （4）利用Tcl/Tk语言定制相应桥门式起重机金属结构的参数化界面以及优化设计界面，并通过专用的数据接口实现参数与ANSYS进行数据传送，并在ANSYS内部建立分析菜单栏，使分析系统界面简单明了。 本文结合Ansys有限元分析软件，开发了一套关于桥门式起重机金属结构的优化设计软件，并通过实验测试验证了该软件的建模方法和分析设计的有效性，对起重机的发展具有重要的实际工程价值。
【关键词】：Ansys Tcl/Tk 起重机 有限元分析 优化设计
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 1 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景及意义13-15
• 1.2 国内外发展及研究概况15-17
• 1.3 研究内容及技术路线17-19
• 2 有限元基本原理及 ANSYS 二次开发技术19-27
• 2.1 有限元法的基本原理19-21
• 2.2 ANSYS 二次开发技术21-22
• 2.3 APDL 参数化设计语言22-23
• 2.4 Tcl/Tk 语言概述23-26
• 2.4.1 Tcl 语言简介23
• 2.4.2 Tcl 的语言的基本语法23-24
• 2.4.3 Tk 图形工具箱简介24-25
• 2.4.4 Tcl/Tk 语言在 Ansys 二次开发中的应用25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 起重机金属结构性能分析27-47
• 3.1 模型简化27-28
• 3.2 起重机金属结构参数化建模28-30
• 3.3 基于 APDL 的参数化建模30-34
• 3.3.1 材料属性及单元选择32
• 3.3.2 边界约束条件的模拟32-34
• 3.4 载荷以及载荷组合34-37
• 3.4.1 载荷类型34-37
• 3.4.2 工况分析37
• 3.5 算例分析37-45
• 3.5.1 桥式起重机金属结构算例分析38-42
• 3.5.2 门式起重机金属结构算例分析42-45
• 3.6 本章小结45-47
• 4 起重机金属结构优化设计47-60
• 4.1 结构优化设计方法47-49
• 4.1.1 设计变量47-48
• 4.1.2 目标函数48
• 4.1.3 约束条件48-49
• 4.2 优化方法49-51
• 4.2.1 分步优化49-50
• 4.2.2 基于 Ansys 的结构优化50-51
• 4.3 桥式起重机金属结构优化设计51-56
• 4.3.1 数学模型51-53
• 4.3.2 优化结果与分析53-56
• 4.4 门式起重机金属结构优化设计56-58
• 4.4.1 数学模型56-57
• 4.4.2 优化结果与分析57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 系统集成与功能实现60-75
• 5.1 系统架构60-62
• 5.2 人机交互式界面设计62
• 5.3 系统集成与实现62-73
• 5.3.1 与 Ansys 系统集成62-64
• 5.3.2 性能分析模块64-69
• 5.3.3 部件分析功能69-70
• 5.3.4 优化系统70-73
• 5.4 本章小结73-75
• 6 系统性能验证75-83
• 6.1 实验测试75-78
• 6.1.1 测试工况75-76
• 6.1.2 测点位置76-77
• 6.1.3 测试结果77-78
• 6.2 样机仿真分析78-80
• 6.2.1 数据获取78-79
• 6.2.2 仿真结果79-80
• 6.3 结果分析及对比80-82
• 6.3.1 静刚度分析80
• 6.3.2 静强度分析80-82
• 6.3.3 结果分析82
• 6.4 本章小结82-83
• 7 总结与展望83-85
• 7.1 总结83
• 7.2 展望83-85
• 参考文献85-88
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果88-89
• 致谢89

【参考文献】

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本文编号：402229