畢業(yè)設(shè)計--qtz125塔式起重機設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　塔式起重機具有工作效率高，回轉(zhuǎn)半徑大，起升度高的特點，在工業(yè)和建筑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為建筑行業(yè)的重要施工設(shè)備。目前產(chǎn)品向極大化發(fā)展，特別是大型結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計，如何從優(yōu)化和分析出發(fā)，建立系統(tǒng)模型，確定基本性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)，為后續(xù)設(shè)計提供科學依據(jù)，顯得非常重要。</p><p>　　本文以QTZ125水

2、平變幅式塔式起重機的桁架結(jié)構(gòu)為研究對象，研究在最大幅度工況下起重臂的優(yōu)化。采用理論計算與有限元計算相結(jié)合的方法，精簡設(shè)計變量，提高優(yōu)化計算效率，同時充分考慮各約束條件、并選擇適合該臂架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最佳優(yōu)化算法，以保證結(jié)果最優(yōu)。結(jié)果顯示優(yōu)化后的臂架重量有所減輕。</p><p>　　本文利用ANSYS軟件建立起重臂處于獨立式塔機的模型，確定正常風載荷下滿載工況，對其進行時間歷程響應(yīng)分析。在此基礎(chǔ)上對獨立式塔機臂架進行

3、變幅工況的動態(tài)特性討論，分析塔機臂架位移與應(yīng)力的時間歷程情況，得出該工況下的位移響應(yīng)曲線具有一定的規(guī)律性。</p><p>　　通過建立QTZ125水平臂架的有限元模型，優(yōu)化設(shè)計和時間歷程響應(yīng)分析結(jié)果滿足要求。這對優(yōu)化臂架結(jié)構(gòu)具有一定的價值，為起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提供了有益的參考。</p><p>　　關(guān)鍵詞：塔式起重機，水平臂架，有限元模型，優(yōu)化設(shè)計，時間歷程響應(yīng)分析</p>

4、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Tower crane, with the characteristic of high efficiency, large radius and great lifting height, today, widely used in the field of industry and civil building

5、s, has become a major equipment in the construction industry. Therefore, to maximize product development, it is becoming increasingly important to design the large-scale structure, in particular large-scale structure. Me

6、anwhile we should provide a scientific basis for the detailed design by starting from the optimization design, building ac</p><p>　　The trolley of QTZ125 tower crane is taken as the research object. The stru

7、cture optimization method is researched in the largest amplitude working conditions, elevations and beams. In order to reduce the design variables and improve the calculation efficiency, mathematical calculation and the

8、finite element method were combined to calculate the dangerous working condition for boom structure optimization. In order to ensure optimal results, the constraint and the optimal algorithm were taken acc</p><

9、;p>　　This paper established independent tower cranes’ finite element model in a typical location and analyzed time history situation of displacement of the type cranes of full load with normal state of the wind load b

10、y ANSYS. The dynamic characteristics of independent tower crane were discussed when it was in amplitude condition. The time history situation of displacement and stress are also analyzed. The result showed the displaceme

11、nt time history situation was regular.</p><p>　　By establishing the trolley of QTZ125 tower crane’ finite element model, the optimal and the time history situation results met the requirements. It will provi

12、de a useful reference for designers.</p><p>　　Key Words: Tower crane, trolley, finite element model, optimal design, time history situation of displacement</p><p><b>　　目錄</b></p&g

13、t;<p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 本課題提出的背景1</p><p>　　1.2 本課題的主要內(nèi)容2</p><p>　　1.3 本課題的研究意義2</p><p>　　2 QTZ125塔式起重機3</p><p>　　2.1 QT

14、Z125塔式起重機主要參數(shù)3</p><p>　　2.2 QTZ125塔式起重機的優(yōu)點3</p><p>　　2.3 主要技術(shù)性能表4</p><p>　　2.4 主要配套件性能表5</p><p>　　2.5 主要金屬結(jié)構(gòu)件簡述表6</p><p>　　2.6 本章小結(jié)6</p><p

15、>　　3 塔機臂架鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計7</p><p>　　3.1 分析問題7</p><p>　　3.2 建立模型7</p><p>　　3.2.1 節(jié)點編號及坐標位置（mm）7</p><p>　　3.2.2 連接關(guān)鍵點成直線15</p><p>　　3.2.3 定義單元類型17</p>

16、;<p>　　3.2.4 定義實常數(shù)18</p><p>　　3.2.5 定義材料特性19</p><p>　　3.2.6 定義截面特性22</p><p>　　3.2.7 劃分網(wǎng)格23</p><p>　　3.2.8 定義約束29</p><p>　　3.3 優(yōu)化設(shè)計概述31</p&g

17、t;<p>　　3.3.1 優(yōu)化設(shè)計介紹31</p><p>　　3.3.2 優(yōu)化中的基本概念31</p><p>　　3.3.3 優(yōu)化設(shè)計的步驟32</p><p>　　3.4 優(yōu)化方案概述34</p><p>　　3.4.1 設(shè)計變量35</p><p>　　3.4.2 狀態(tài)變量35<

18、;/p><p>　　3.5 載荷的計算36</p><p>　　3.5.1 自重載荷36</p><p>　　3.5.2 起升載荷36</p><p>　　3.5.3 風載荷37</p><p>　　3.5.4 水平慣性載荷40</p><p>　　3.6 臂架優(yōu)化設(shè)計步驟46</

19、p><p>　　3.6.1 施加載荷46</p><p>　　3.6.2 求解50</p><p>　　3.6.3 優(yōu)化設(shè)置53</p><p>　　3.7 本章小結(jié)64</p><p>　　4 QTZ125塔式起重機臂架的瞬態(tài)動力學分析65</p><p>　　4.1 瞬態(tài)動力學分析的

20、基本理論65</p><p>　　4.2 工況的制定66</p><p>　　4.3 載荷的研究66</p><p>　　4.3.1 重力與風載荷66</p><p>　　4.3.2 變幅載荷66</p><p>　　4.4 載荷的施加67</p><p>　　4.5 QTZ125塔

21、式起重機臂架瞬態(tài)動力學振動特性分析67</p><p>　　4.5.1 建立優(yōu)化后塔機臂架模型67</p><p>　　4.5.2施加約束70</p><p>　　4.5.3 施加載荷70</p><p>　　4.5.4 求解72</p><p>　　4.5.5 輸出結(jié)果73</p><

22、p>　　4.6 QTZ125塔式起重機瞬態(tài)動應(yīng)力分析80</p><p>　　4.7 本章小結(jié)84</p><p>　　5 總結(jié)及展望85</p><p><b>　　5.1 總結(jié)85</b></p><p><b>　　5.2 展望85</b></p><p&

23、gt;<b>　　參考文獻87</b></p><p><b>　　附錄89</b></p><p>　　附錄一 QTZ125塔式起重機臂架優(yōu)化設(shè)計命令流89</p><p>　　附錄二 QTZ125塔式起重機臂架瞬態(tài)響應(yīng)分析命令流89</p><p><b>　　致謝90<

24、;/b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題提出的背景</p><p>　　塔式起重機俗稱塔機，也稱為塔吊。作為一種搬運機械，塔機是民用與工業(yè)建筑施工中，實現(xiàn)預制構(gòu)件及建筑材料、工具等吊裝工作的主要設(shè)備。由于塔機能夠接近建筑物，其幅度利用率可覆蓋整體幅度的約80%以上，遠遠高于其他類型的起重

25、機械。所以塔式起重機在民用建筑與高層工業(yè)施工中的使用率始終保持領(lǐng)先地位。使用塔機能夠提高施工效率、縮短施工時間、降低經(jīng)濟費用。同時，為了適應(yīng)吊裝部件的工廠化、預制裝配化等新技術(shù)、新工藝應(yīng)用的不斷完善，新型的塔式起重機具備了起升高度高、起重力矩大、工作幅度大、裝拆運輸方便、工作效率高等優(yōu)點。</p><p>　　因為塔機在建筑工業(yè)中使用頻繁，且工作強度大，所以塔機的優(yōu)化設(shè)計以及使用的安全性顯得尤為重要。起重機械鋼結(jié)

26、構(gòu)為起重機械的支承體系，鋼結(jié)構(gòu)的重量通常占整臺機械重量的60%～70%，有的機械如塔式起重機的鋼結(jié)構(gòu)占整機重量(除配重和基礎(chǔ))的90%，結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅肩負著的安全的重任，而且其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，與產(chǎn)品的造型、性能及產(chǎn)品成本密切相關(guān)。</p><p>　　目前關(guān)于塔機的傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法研究甚少。</p><p>　　本文以塔機雙吊點水平起重臂作為研究對象，根據(jù)臂架的工作特點和性能要求，提出了型鋼規(guī)格

27、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計策略，建立了臂架最輕的結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學模型，計算表明優(yōu)化后典型工況下臂架重量較優(yōu)化前有較大的改善和減小。其設(shè)計變量為上下弦桿的壁厚或內(nèi)圓半徑，約束條件為弦桿和腹桿的計算應(yīng)力以及拉桿的計算應(yīng)力不能大于許用值。</p><p>　　目前國內(nèi)針對塔式起重機的分析計算中，傳統(tǒng)靜力計算方法依舊占主導地位。這種方法存在計算過程復雜、耗時長、計算結(jié)果精度差、可視化效果不理想等缺點。</p><

28、p>　　《塔式起重機設(shè)計規(guī)范》中對塔機的動態(tài)性能沒有提出定量指標，塔機在工作時，頻繁進行起吊、卸載、回轉(zhuǎn)、變幅與制動等操作，這些操作均表現(xiàn)為動態(tài)過程。規(guī)范中針對起吊、卸載等沖擊載荷，是將吊重載荷乘以一載荷系數(shù)模擬沖擊，按照靜力學方法計算塔機各項數(shù)據(jù)，該方法不能體現(xiàn)塔機在動態(tài)工況中應(yīng)力與位移的時間歷程相應(yīng)情況。如在起吊與卸載工況中，由于塔機載荷狀態(tài)的突然改變，塔機的瞬態(tài)應(yīng)力將大于其受靜態(tài)載荷時的情況，塔機將更容易發(fā)生破壞。又如在塔機

29、變幅操作中，在起重臂上平移的吊重是一種位置變化載荷，而在小車制動時，吊重則作為一種方向的變化載荷，他們對塔機產(chǎn)生的動態(tài)影響也值得考慮。</p><p>　　考慮到現(xiàn)在研究方法的不足，提出利用國際權(quán)威機構(gòu)認定的有限元分析軟件ANSYS對塔式起重機臂架進行結(jié)構(gòu)靜力學與動力學分析。ANSYS是目前應(yīng)用最為廣泛的一種有限元分析軟件，具有結(jié)構(gòu)、熱能、流體等多種分析功能。塔式起重機屬于大型鋼結(jié)構(gòu)件，與其他軟件相比，ANSYS

30、針對鋼結(jié)構(gòu)具有較高的計算精度與速度，能夠從根本上反應(yīng)塔機在各種靜動態(tài)工況中的應(yīng)力與位移情況（鑒于篇幅限制，只考慮一種工況），分析結(jié)果可以縮短塔機設(shè)計周期，并對塔機實際工作中的安全使用提供指導建議。</p><p>　　1.2 本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題以某塔機制造商生產(chǎn)的QTZ125型塔式起重機為研究對象，進行以下幾個方面的工作。</p><p>

31、　　1、建立該塔機的臂架有限元模型</p><p>　　運用ANSYS有限元分析軟件，根據(jù)廠方提供的圖紙和《塔式起重機設(shè)計規(guī)范》，建立塔機臂架有限元模型。</p><p>　　2、對塔機臂架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計</p><p>　　3、對塔機臂架進行靜力學分析</p><p>　　研究QTZ125塔機臂架所受的主要載荷，以某一危險工況為研究，繪制

32、塔機臂架的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與位移云圖，并討論分析結(jié)果，掌握塔機在靜態(tài)載荷影響下的表現(xiàn)特征。</p><p>　　4、對塔機臂架進行瞬態(tài)動力學分析</p><p>　　利用ANSYS軟件的瞬態(tài)動力學分析模塊對塔機在變幅工況中的應(yīng)力與位移時間響應(yīng)情況進行分析，研究變幅工況下塔機的振動特點與瞬態(tài)應(yīng)力。</p><p>　　1.3 本課題的研究意義</p><p

33、>　　本文采用ANSYS建立了塔機臂架模型。對模型的簡化較少，在最大程度上接近真實塔機臂架。</p><p>　　根據(jù)塔機的技術(shù)性能和工作性能要求，提出了臂架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的策略，以及典型工況下臂架及拉桿結(jié)構(gòu)最輕的優(yōu)化目標，建立了臂架的優(yōu)化模型。優(yōu)化后材料的力學性能得到充分利用，使臂架結(jié)構(gòu)最輕，優(yōu)化策略合理，在塔機的設(shè)計計算中具有較大的應(yīng)用價值。</p><p>　　在模型的基礎(chǔ)上對塔式起

34、重機進行有限元分析，對塔機在變幅工況載荷作用下的應(yīng)力與位移數(shù)據(jù)圖像化顯示，可以明確結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中區(qū)域與位移情況。與傳統(tǒng)的計算方法相比，有限元計算速度快，圖像可視化性高，不僅可以減少計算工作量，提高計算精度，還能夠全面地得到所有部件的應(yīng)力狀態(tài)，為塔機的設(shè)計和優(yōu)化提供全面可靠的數(shù)據(jù)支持，對于縮短塔機設(shè)計周期和降低開發(fā)成本具有實際意義。 </p><p>　　2 QTZ125塔式起重機</p><

35、p>　　2.1 QTZ125塔式起重機主要參數(shù)</p><p>　　塔機型號：QTZ125 (HX6014)</p><p>　　公稱起重力矩：1250KN·m</p><p>　　工作幅度：3.1～60m</p><p>　　最大起重量/最大幅度處起重量：10/1.4t</p><p>　　獨立式起升

36、高度：46.2(51.2)m</p><p>　　附著式起升高度：161m</p><p>　　起升速度：105/53/26 80/40/20m/min</p><p>　　回轉(zhuǎn)速度：0～0.8 r/min</p><p>　　變幅速度：54/27/8.1</p><p><b>　　塔身主肢：方管</

37、b></p><p>　　起重臂：上弦：圓鋼 下弦：方管</p><p>　　2.2 QTZ125塔式起重機的優(yōu)點</p><p>　　QTZ125(HX6014)塔式起重機（以下簡稱塔機）各項性能技術(shù)指標在國內(nèi)所有同級別產(chǎn)品中居領(lǐng)地位，優(yōu)點如下：</p><p>　?。?）起重臂最可達60m，可以根據(jù)不同的需要組合成 60m

38、、56m 、50m 、45m 、40m五種工作臺幅度，杜絕了以往因障礙物擋礙不能變幅度的問題；</p><p>　?。?）塔機獨立式起升高度為 46.2m ，當施工對象較高時，塔機可采用液壓頂升系統(tǒng)實現(xiàn)增加或減少塔身標準節(jié)，使塔機高度能隨著建筑物的高度變化而升高或降低，以適應(yīng)不同建筑物的施工需要，采用增加附著的工作方式，塔機最大起升高度可達161m（若用戶需要，經(jīng)特殊處理，塔機獨立高度可達51.2最大附著高度可達

39、200m）；</p><p>　?。?）該塔機采用水平臂架，雙起重小車變幅，吊重懸掛在起重小車上，靠小車在臂架上的水平移動實現(xiàn)變幅，鋼絲繩變化倍率時可以采用一個起重小車，以減輕塔機自重，提高吊載量，與動臂塔機相比，該機工作臺平穩(wěn)，安裝就位方便，幅度范圍大，有利于起重性能的充分發(fā)揮，擴大了建筑材料構(gòu)件的堆放范圍，而且便于現(xiàn)場施工總平面圖的設(shè)置，該機各種安全裝置齊全，設(shè)有起升高度限制器、小車變幅度限制器、起重力矩限制

40、器、起重量制器、塔機回轉(zhuǎn)限制器等保護裝置，各種限位裝置反應(yīng)靈敏、可靠，各機構(gòu)均設(shè)有制動器，保證工作安全可靠，司機室獨立側(cè)置，視野好，內(nèi)部空間隔大，給操作者創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境，塔機的電氣控制系統(tǒng)及所有配套件，均為容易購置且性能良好的電器元件，安全可靠，使用方便，維修簡單。</p><p>　　2.3 主要技術(shù)性能表</p><p>　　2.4 主要配套件性能表</p><

41、;p>　　2.5 主要金屬結(jié)構(gòu)件簡述表</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章簡要分析了QTZ125塔式起重機的工作特點、主要性能參數(shù)、主要配套件參數(shù)及其金屬結(jié)構(gòu)形式，為下一章塔式起重機臂架模型的建立及其后續(xù)章節(jié)中的分析提供了基礎(chǔ)。</p><p>　　3 塔機臂架鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計</p&g

42、t;<p><b>　　3.1 分析問題</b></p><p>　　建模之前需要考慮以下幾個細節(jié)：</p><p>　?。?）ANSYS中沒有定義單位，在應(yīng)用時，可以采用國際單位制。</p><p>　?。?）變幅小車及吊重可以通過集中力的形式加載到下弦桿上。</p><p>　?。?）風載荷加到關(guān)鍵點上

43、。</p><p>　?。?）吊臂自重通過慣性力施加。由于吊臂上安裝有其他設(shè)施，故總重比計算值偏大，這時需要增大密度來模擬自重。</p><p>　?。?）劃分網(wǎng)格時須注意，拉桿采用LINE8單元，其只能承受拉力，所以劃分網(wǎng)格時，一個單元只能劃分一段。吊臂采用BEAM188單元，分網(wǎng)格時可劃分2～3段。</p><p>　　（6）在臂節(jié)連接處，實際是使用銷軸連接，在

44、模型中進行耦合來模擬銷軸連接。</p><p><b>　　3.2 建立模型</b></p><p>　　吊臂的模型結(jié)構(gòu)比較簡單，只要在笛卡爾坐標系中輸入各個節(jié)點的位置，然后將每個點連成直線即可。在建模前要對吊臂的形狀有一個全面的了解，然后列出每個節(jié)點的坐標。下面是QTZ125塔式起重機吊臂節(jié)點位置。</p><p>　　3.2.1 節(jié)點編號及

45、坐標位置（mm）</p><p>　　在定義的關(guān)鍵點中，吊臂每節(jié)后三個點和下一節(jié)前三個點的坐標相同，用來進行耦合處理。</p><p>　　點擊Main menu >Preprocessor>Modeling>Create>Keypoint>In active CS，進入Create keypoints in active coordinate system

46、對話框。如圖3-1所示：</p><p><b>　　圖3-1 坐標輸入</b></p><p>　　對話框第一行是關(guān)鍵點編號，如果不輸入，ANSYS會按照默認值自動編號。建議建模時自己手動編號，方便以后查詢。按上面表格輸入關(guān)鍵點得到如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 臂架關(guān)鍵點</p><p>　　這時可以

47、打開關(guān)鍵點編號選項，顯示編號。通用菜單Utility Menu>PlotCtrls>Numbering，如圖3-3所示。打開Plot Numbering Controls對話框，打開關(guān)鍵點編號Keypoint nummber，點OK關(guān)閉該對話框。如圖3-4所示：</p><p><b>　　圖3-3臂架關(guān)鍵點</b></p><p>　　圖3-4 顯示關(guān)鍵

48、點</p><p>　　打開編號后用戶圖形界面里顯示關(guān)鍵點及其編號，如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 顯示關(guān)鍵點</p><p>　　3.2.2 連接關(guān)鍵點成直線</p><p>　　Main menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Stra

49、ight Line進入Create Straight Lines對話框，如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 關(guān)鍵點連接命令</p><p>　　屏幕中出現(xiàn)黑色箭頭時，依次拾取相鄰關(guān)鍵點，被拾取的點以黃色小方框顯示，使之連成直線，一次只能連接一條直線，點OK關(guān)閉對話框。若選錯或者要放棄已經(jīng)選擇的點，只要點擊鼠標右鍵，這時黑色箭頭朝下，點要取消的點就可以了，再點鼠標右鍵，黑色箭頭恢

50、復朝上，可以繼續(xù)選取想要的點。直線操作中也是如此。在連接兩點過程中，如果不顯示關(guān)鍵點只顯示已經(jīng)連接出的直線時，可以使用Utility Menu>Plot>Keypoint，來顯示關(guān)鍵點，然后繼續(xù)連接直線。也可以使用Utility Menu>Plot>Lines來顯示直線。</p><p>　　在臂節(jié)連接處，因為有重合的關(guān)鍵點，所以選取時會彈出一個對話框，如圖3-7所示。這個對話框是在詢問，

51、在重合的兩個點中，要選擇哪個點。點NEXT鍵可以在互相重合的兩點間切換，當對話框中Picked Keypoint is XX，是所要選取的點時，點擊OK退出。在臂節(jié)連接處有六個點，六條直線。進行耦合后，由于將三個點的所有自由度都相關(guān)聯(lián)，所以就變成三個點，三條直線。建議先將所有的上弦桿連出來，然后將前面一排的下弦桿連出來，再連后面排的下弦桿，再連接斜桁架的水平腹桿，再連接水平桁架的斜腹桿，最后連接斜桁架的水平腹桿。這個操作可以保證線單元編

52、號有序連貫，方便查詢。</p><p>　　注意：在ANSYS中，點屬于直線，要刪除線上的點，必須先刪除這條直線。在連接點時，不可以跨過一點連這點兩邊的點，否則此點不在生成的直線上，并且在劃分完網(wǎng)格之后不能再修改模型，比如添加或刪除關(guān)鍵點或直線。</p><p>　　圖3-7 重合顯示命令</p><p>　　還需注意的是，變幅小車以集中載荷的方式作用在下弦桿上，為

53、方便以后加載，在建立模型時就考慮小車加載的位置，創(chuàng)建關(guān)鍵點時，將小車作用點也創(chuàng)建成關(guān)鍵點，加載時就可以將吊重及小車自重施加到相應(yīng)位置上，因此，在關(guān)鍵點列表中，我將小車所在幾個特殊位置全創(chuàng)建了關(guān)鍵點，這樣的模型可以計算多種工況。連接成直線后如圖3-8所示：</p><p><b>　　圖3-8 線模型</b></p><p>　　在ANSYS中用耦合來模擬實際吊臂節(jié)與節(jié)

54、之間的鉸接。在模型創(chuàng)建完成后，將接頭處的關(guān)鍵點進行耦合。Main menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Glue>Lines，此時會彈出一個對話框，如圖3-9所示。選取需要耦合點所在的所有直線，然后點擊OK即可（這個操作必須在模型創(chuàng)建完成之后，劃分網(wǎng)格之前）。</p><p><b>　　圖3-9 耦合命令</b></p&g

55、t;<p>　　3.2.3 定義單元類型</p><p>　　選擇單元類型：臂架BEAM188，拉桿LINK8。如圖3-10所示：點擊Main menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，進入Element Type對話框，點擊Add按鈕，彈出Library of Element Type對話框，該對話框共有4個窗口。在左邊窗口中選

56、擇BEAM，右邊窗口中選擇2 node 188，左下方是所選單元類型編號為1。ANSYS會自動默認向下排號。在劃分網(wǎng)格選擇材料時會用到，所以必須記住所定義的單元類型編號。選擇第一個單元后，點擊Apply按鈕，開始選擇第二個單元，左邊窗口選擇Link，右邊窗口選擇spar 8，單元類型編號為2。如圖3-11所示，點擊OK關(guān)閉該對話框。</p><p>　　圖3-10 定義單元類型</p><p&

57、gt;　　圖3-11 選擇單元類型</p><p>　　3.2.4 定義實常數(shù)</p><p>　　BEAM188單元不需要定義實常數(shù)。LINK8單元需要輸入實常數(shù)橫截面積，拉桿材料為48號圓鋼，橫截面積為1810。點擊Main menu> Preprocessor>Real Constant>Add/Edit/Delete，進入Real Constant（圖3-13）對

58、話框，如圖3-12所示。點擊Add按鈕，彈出Element Type of Real Constant對話框，如圖3-14所示，點LINK8使之變成藍色，點擊OK，彈出Real Constant Set Number1 for LINK8對話框，如圖3-15所示，在AREA欄中填拉桿的橫截面積。</p><p>　　圖3-12 添加單元實常數(shù)</p><p>　　圖3-13添加單元實常數(shù)

59、 圖3-14添加單元實常數(shù)</p><p>　　3.2.5 定義材料特性</p><p>　　點擊Main menu> Preprocessor>Material Models，彈出Define Material Model Behavior對話框，這是一個樹狀結(jié)構(gòu)，如圖3-16所示，雙擊Structutal>Linear>Elastic>Isotrop

60、ic，彈出Linear Isotropic Properties for Material Models Behavior對話框，如圖3-17所示。EX是楊氏彈性模量210000，PRXY是泊松比0.3。ANSYS中會自動對所定義的材料特性進行編號，在左邊窗口顯示剛才定義的材料特性編號1。由于在前面的幾步中，我們都將BEAM188相關(guān)編號選擇</p><p>　　圖3-16 定義梁材料特性</p>

61、<p>　　圖3-17 定義梁楊氏彈性模量和泊松比</p><p>　　為1，因此在材料特性中也將為BEAM188的特性編號定義為1。然后回到Define Material Model Behavior對話框，雙擊Structutal> Density，彈出Density for Material Number1對話框，輸入密度7.8E-6。如圖3-18所示。這時就完成了對編號為1的BEAM188

62、單元材料特性的定義。</p><p>　　圖3-18 定義梁密度</p><p>　　再點擊Define Material Model Behavior對話框工具欄上的Material標簽，在下拉菜單中點擊New Model，如圖3-19所示。彈出Define Material ID對話框，輸入材料特性的ID即編號為2，如圖2-20所示。定義LINK8單元的特性。過程與上述相同，輸入楊氏彈

63、性模量210000，泊松比0.3，密度7.86e-6。</p><p>　　圖3-19 添加新材料特性</p><p>　　圖3-20 將材料模型定為2</p><p>　　3.2.6 定義截面特性</p><p>　　吊臂使用的是BEAM188單元，不需要輸入實常數(shù)，但要求定義截面形狀。下表為QTZ125塔式起重機吊臂每節(jié)鋼材型號。<

64、/p><p>　　臂架參數(shù)（單位:mm）</p><p>　　點擊Main Menu>Preprocessor>Sections>Beam>Common Section，彈出對話框Beam Tool，定義梁截面工具，如圖3-21。</p><p>　　圖3-21 定義截面特性</p><p>　　ID為截面編號，在臂架參數(shù)

65、表格中已經(jīng)排列出順序。Sub-Type是一個下拉框，在下拉框中可以選擇截面形狀。Offset To是偏移梁的位置，也是一個下拉框，在下拉框中可以選擇偏移對象。按圖3-21依次對截面進行定義。</p><p>　　3.2.7 劃分網(wǎng)格</p><p>　　劃分網(wǎng)格是整個建模過程中最復雜，耗時最長的工作。它與前面定義的單元類型編號，實常數(shù)編號，材料特性編號都有關(guān)系。打開劃分網(wǎng)格工具Main m

66、enu> Preprocessor>Meshing>Mesh Tool，彈出Mesh Tool對話框，如圖3-22所示：</p><p>　　圖3-22 劃分網(wǎng)格工具</p><p>　　圖3-23 選擇線命令框</p><p>　　（1）Mesh Tool對話框中如圖3-23，最上面Element Atrributes是一個下拉列表，在這里可以選

67、擇要劃分對象的類型，選擇Line，然后點擊旁邊的Set按鈕，會彈出一個Line Atrributes窗口，提示你選擇要定義屬性的線單元。鼠標變成黑色箭頭，在用戶圖形界面窗口中拾取要定義的線，然后點擊這個窗口中的OK，彈出一個窗口，如圖3-24所示。</p><p>　　圖3-24 選擇劃分對象的類型</p><p>　　在Material number下拉列表框中選擇所選中的線的材料特性編

68、號，在前一步選取直線時，選擇吊臂上的線時選材料編號為1，選擇兩條拉桿時，選擇材料編號為2。在Real constant set number下拉列表框中選擇所選中線的實常數(shù)編號，這個對于BEAM188單元沒有意義，所以可以不選，它也不會影響B(tài)EAM單元的性質(zhì)。在Element type number下拉列表框中選擇單元類型編號，有兩種，1號為BEAM188，2號為LINK8，一定要注意單元類型的選擇，而且該項必須選。在Element s

69、ection下拉列表中選擇選中線的梁單元的截面特性，這只是在劃分吊臂即BEAM188單元的網(wǎng)格時用到，劃分拉桿LINK8單元的網(wǎng)格時不需要選擇。選擇完成之后點OK。</p><p>　?。?）再打開Mesh Tool對話框，選擇中間部分Size Controls中，Lines欄中的Set按鈕，彈出Element Size on Lines對話框，這時鼠標變成黑色箭頭，將上一步中已經(jīng)選取過的線再選一遍，點OK，彈出

70、Element Size on Picked Lines對話框，如圖3-25所示。這個對話框的功能是定義所選的線分網(wǎng)密度，BEAM188單元可以劃分2～3段，LINK8單元只能劃分一段，因為這個單元只承受拉力。在對話框的第二項No. of element divisions中輸入2。然后點OK關(guān)閉對話框。</p><p>　　圖3-25 劃分網(wǎng)格數(shù)</p><p>　?。?）再打開Mesh

71、 Tool工具欄，點mesh按鈕，彈出mesh line對話框如圖3-26所示。鼠標變?yōu)楹谏^。選取前兩步所選擇的直線，點OK，關(guān)閉該對話框。</p><p>　　圖3-26 劃分網(wǎng)格</p><p>　　經(jīng)過三步完成對一條直線的分網(wǎng)過程，這時打開單元顯示，就能看見所定義的BEAM188單元梁的實體外形。重復這三步，直到將整個模型劃分完畢，需要時間比較長。對于單元類型、實常數(shù)、材料特性等

72、編號相同的直線可以一次性選取，然后重復進行上述三步操作。</p><p>　　但開單元顯示，查看劃分完網(wǎng)格后模型狀態(tài)。Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape…，彈出Size and Shape對話框，如圖3-27，將Display of element shapes based on real constant descriptions開關(guān)打開，如

73、圖：</p><p>　　圖3-27 顯示三維實體模型</p><p>　　點OK關(guān)閉。然后Utility Menu>Plot> elements，如圖3-28所示。這時就會顯示實體模型。</p><p>　　圖3-28 三維實體模型</p><p><b>　　第一節(jié)臂架實體模型</b></p>

74、<p>　　圖3-29 臂架根部實體模型</p><p>　　臂端結(jié)構(gòu)如圖3-30所示。</p><p>　　圖3-30 臂架端部實體模型</p><p>　　節(jié)與節(jié)之間的連接處實際上用的是耳板連接，在ANSYS模型中通過耦合來模擬實際中的鉸接，如圖3-31所示。</p><p>　　圖3-31 臂架連接處實體模型</p&

75、gt;<p>　　下弦桿在截面變化處的銜接，如圖3-32。</p><p>　　圖3-32下弦桿臂架連接處實體模型</p><p>　　3.2.8 定義約束</p><p>　　在實際情況中，吊臂的上鉸點通過銷軸連接到塔身，可以繞Z軸旋轉(zhuǎn)。拉桿固定在塔頂。因此，對拉桿是全約束，6個自由度；對吊臂上鉸點約束5個自由度。點擊Main Menu>Sol

76、ution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Keypoints，彈出Apply，U，ROT on KPs對話框，如圖3-29所示。</p><p>　　圖3-29 定義約束</p><p>　　鼠標變成黑色箭頭，在圖形窗口中拾取拉桿一端，獲知在對話框中輸入拾取關(guān)鍵點的編號，點OK。彈出ApplyU，R

77、OT，on KPs對話框，選擇ALL DOF。如圖3-30所示。</p><p>　　圖3-30 施加拉桿約束</p><p>　　點Apply，以相同的方法對吊臂上鉸點進行約束。如2-31所示。</p><p>　　圖3-31 定義臂架上鉸點約束</p><p>　　3.3 優(yōu)化設(shè)計概述</p><p>　　3.3.

78、1 優(yōu)化設(shè)計介紹</p><p>　　優(yōu)化設(shè)計是一種尋找確定最優(yōu)設(shè)計方案的技術(shù)。所謂“最優(yōu)設(shè)計”，指的是一種方案可以滿足所有的設(shè)計要求，而且所需的支出（如質(zhì)量，面積，體積，應(yīng)力，費用等）最小。也就是說，最優(yōu)設(shè)計方案就是一個最有效的方案。</p><p>　　設(shè)計方案的任何方面都是可以優(yōu)化的，比如說：尺寸（如厚度）、形狀（如過渡圓角的大小），支撐位置，制造費用，自然頻率，材料特性等。實際上，

79、所有可以參數(shù)化的ANSYS選項都可以作優(yōu)化設(shè)計。ANSYS程序提供了兩種優(yōu)化的方法，這兩種方法可以處理絕大多數(shù)的優(yōu)化問題。零階方法是一個很完善的處理方法，可以很有效地處理大多數(shù)工程問題。一階方法基于目標函數(shù)對設(shè)計變量的敏感程度，因此更加適合于精確的優(yōu)化分析。</p><p>　　對于這兩種方法，ANSYS程序提供了一系列的分析-評估-修正的循環(huán)過程。就是對于初始設(shè)計進行分析，對分析結(jié)果就設(shè)計要求進行評估，然后修正

80、設(shè)計。這一循環(huán)過程重復進行直到所有的設(shè)計要求都滿足為止。</p><p>　　除了這兩種優(yōu)化方法，ANSYS程序還提供了一系列的優(yōu)化工具以提高優(yōu)化過程的效率。例如，隨機優(yōu)化分析的迭代次數(shù)是可以指定的。隨機計算結(jié)果的初始值可以作為優(yōu)化過程的起點數(shù)值。</p><p>　　3.3.2 優(yōu)化中的基本概念</p><p>　　在介紹優(yōu)化設(shè)計過程之前，先給出一些基本的定義：設(shè)

81、計變量，狀態(tài)變量，目標函數(shù)，合理和不合理的設(shè)計，分析文件，迭代，循環(huán)，設(shè)計序列等。</p><p>　?。?）設(shè)計變量（DVs）為自變量，優(yōu)化結(jié)果的取得就是通過改變設(shè)計變量的數(shù)值來實現(xiàn)的。每個設(shè)計變量都有上下限，它定義了設(shè)計變量的變化范圍。</p><p>　　（2）狀態(tài)變量（SVs）是約束設(shè)計的數(shù)值。它們是“因變量”，是設(shè)計變量的函數(shù)。狀態(tài)變量可能會有上下限，也可能只有單方面的限制，即只

82、有上限或者下限。</p><p>　?。?）目標函數(shù)（OBJ）是要盡量減小的數(shù)值。它必須是設(shè)計變量的函數(shù)，也就是說，改變設(shè)計變量的數(shù)值將改變目標函數(shù)的數(shù)值。在ANSYS優(yōu)化程序中，只能設(shè)定一個目標函數(shù)。</p><p>　　（4）設(shè)計變量，狀態(tài)變量和目標函數(shù)總稱為優(yōu)化變量。在ANSYS優(yōu)化中，這些變量由用戶定義的參數(shù)來指定。必須指出在參數(shù)集中哪些是設(shè)計變量，哪些是狀態(tài)變量，哪些是目標函數(shù)。

83、</p><p>　?。?）一個合理的設(shè)是指滿足所有給定的約束條件的設(shè)計。如果其中任何任何一個約束條件不被滿足，設(shè)計就被認為是不合理的。而最優(yōu)設(shè)計是既滿足所有的約束條件又能得到最小目標函數(shù)的設(shè)計（如果所有的設(shè)計序列都是不合理的，那么最優(yōu)設(shè)計是最接近合理的設(shè)計，而不考慮目標函數(shù)的數(shù)值）。</p><p>　?。?）分析文件是一個ANSYS的命令流輸入文件，包括一個完整的分析過程（前處理，求解

84、，后處理）。它必須包含一個參數(shù)化的模型，用參數(shù)定義模型并指出設(shè)計變量，狀態(tài)變量和目標函數(shù)。由這個文件可以自動生成優(yōu)化循環(huán)文件（Jobname.LOOP），并在優(yōu)化計算中循環(huán)處理。</p><p>　?。?）一次循環(huán)指一個分析周期（可以理解為執(zhí)行一次分析文件）。最后一次循環(huán)的輸出存儲在文件Jobname.OPT中。優(yōu)化迭代（或僅僅是迭代過程）是產(chǎn)生新的優(yōu)化序列的一次或多次分析循環(huán)。一般來說，一次迭代等同于一次循環(huán)。

85、但對于一階方法，一次迭代代表多次循環(huán)。</p><p>　?。?）設(shè)計序列是指確定一個特定模型的參數(shù)的集合。一般來說，設(shè)計系列由優(yōu)化變量的數(shù)值來確定，但所有的模型參數(shù)（包括不是優(yōu)化變量參數(shù)）組成一個設(shè)計系列。</p><p>　　優(yōu)化數(shù)據(jù)庫記錄當前的優(yōu)化環(huán)境，包括優(yōu)化變量的定義，參數(shù)，所有優(yōu)化設(shè)定，和設(shè)計系列集合。該數(shù)據(jù)庫可以存儲（在文件Jobname.OPT），也可以隨時讀入優(yōu)化處理器中

86、。</p><p>　　分析文件必須作為一個單獨的實體存在，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫不是ANSYS模型數(shù)據(jù)庫的一部分。</p><p>　　共有兩種方法實現(xiàn)ANSYS優(yōu)化設(shè)計：批處理方法和通過GUI交互式地完成。</p><p>　　3.3.3 優(yōu)化設(shè)計的步驟</p><p>　　優(yōu)化設(shè)計通常包括以下幾個步驟，這些步驟根據(jù)所選用優(yōu)化方法的不同（批處理方式）

87、而略微有些差別。</p><p>　　其中生成循環(huán)所用的分析文件必須包括整個分析的過程，而且必須滿足以下條件：</p><p>　　(1)參數(shù)化建立模型（PREP7）。</p><p>　　(2)求解（SOLUTION）。</p><p>　　(3)提取并指定狀態(tài)變量和目標函數(shù)（POST1/POST26）。</p><p&

88、gt;　　(4)在ANSYS數(shù)據(jù)庫里建立與分析文件中變量相對應(yīng)的參數(shù)。這一步是標準的做法，但不是必須的（BEGIN或OPT）。</p><p>　　(5)進入OPT，指定分析文件（OPT）。</p><p>　　(6)聲明優(yōu)化變量。</p><p>　　(7)選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法。</p><p>　　(8)指定優(yōu)化循環(huán)控制方式。</

89、p><p>　　(9)進行優(yōu)化分析。</p><p>　　(10)查看設(shè)計序列結(jié)果（OPT）和后處理（POST1/POST26）。</p><p>　　下面具體介紹一下優(yōu)化設(shè)計的過程。</p><p><b>　　1.分析文件的生成</b></p><p>　　分析文件生成是ANSYS優(yōu)化設(shè)計過程中的

90、關(guān)鍵部分。ANSYS程序運用分析文件構(gòu)造循環(huán)文件，進行循環(huán)分析。分析文件中可以包括ANSYS提供的任意分析類型（結(jié)構(gòu)，熱，電磁等，線性或者非線性）。</p><p>　　在分析文件中，模型的建立必須是參數(shù)化的（通常是優(yōu)化變量為參數(shù)），結(jié)果也必須是參數(shù)來提?。ㄓ糜跔顟B(tài)變量和目標函數(shù)）。優(yōu)化設(shè)計中只能使用數(shù)值參數(shù)。</p><p>　　建立分析文件有兩種方法：用系統(tǒng)編輯器逐行輸入；交互式地完成

91、分析，將ANSYS的LOG文件作為基礎(chǔ)建立分析文件。不論采用哪種方法，分析文件需要包括的內(nèi)容都是一樣的。</p><p>　　（1）參數(shù)化建模。用設(shè)計變量作為參數(shù)建立模型的工作是在PREP7中完成的。前面提到，可以對設(shè)計的任何方面進行優(yōu)化：尺寸、形狀、材料性質(zhì)、支撐位置、所加載荷等，唯一要求就是將其參數(shù)化。</p><p>　　設(shè)計變量可以在程序中的任何部分初始化，一般是在PREP7中定義

92、。這些變量的初值只是在設(shè)計計算的開始用得到，在優(yōu)化循環(huán)過程中會被改變。</p><p>　?。?）求解。求解器用于定義分析類型和分析選項，施加載荷，指定載荷步，完成有限元計算。分析中所用到的數(shù)據(jù)都要指出：凝聚法分析中的主自由度，非線性分析中的收斂準則，諧波分析中的頻率范圍等。載荷和邊界條件也可以作為設(shè)計變量。</p><p>　　（3）參數(shù)化提取結(jié)果。在本步中，提取結(jié)果并賦值給相應(yīng)的參數(shù)。

93、這些參數(shù)一般為狀態(tài)變量和目標函數(shù)。提取數(shù)據(jù)的操作用*GET命令實現(xiàn)。通常用POST1來完成本步操作，特別涉及到數(shù)據(jù)的存儲，加減或其他操作。</p><p>　?。?）分析文件準備。到此為止，已經(jīng)對于分析文件的基本需求做了說明。如果是用系統(tǒng)編輯器來編輯的批文件處理，那么簡單地存盤進入第二步即可。如果是用交互方式建模的話，用戶必須在交互環(huán)境下生成分析文件。</p><p>　　2、建立優(yōu)化過程

94、中的參數(shù)</p><p>　　在完成了分析文件的建立以后，就可以開始優(yōu)化分析了。（如果是在系統(tǒng)中建立的分析文件的話，就需要重新進入ANSYS。）如果交互式下進行優(yōu)化，最好（但不是必須）從分析文件中建立參數(shù)到ANSYS數(shù)據(jù)庫中，在批處理方式下除外。</p><p>　　3、進入OPT，指定分析分件（OPT）</p><p>　　一下步驟是有OPT處理器來完成的。首次進

95、入優(yōu)化處理器時，ANSYS數(shù)據(jù)庫中所有參數(shù)自動作為設(shè)計序列1.這些參數(shù)值假定是一個設(shè)計序列。</p><p>　　在交互方式下，用戶必須指定分析文件名。這個文件用于生成優(yōu)化循環(huán)文件Jobname.LOOP。分析文件名無默認值，因此必須輸入。</p><p>　　在批處理方式下，分析文件通常是批命令流的第一部分，從文件的第一行到命令/OPT第一次出現(xiàn)。在批處理方式中，默認的分析文件名是Job

96、name.BAT（它是一個臨時性文件，是批處理輸入文件的一個復制）。因此，在批處理方式下通常不用指定分析文件名。但是，如果處于某種考慮將批文件分成兩部分（一個用于分析，一個用于整個優(yōu)化分析），那么就必須在進入優(yōu)化處理器后指定分析文件。</p><p><b>　　4、聲明優(yōu)化變量</b></p><p>　　下一步是聲明優(yōu)化變量，即指定哪些參數(shù)是設(shè)計變量，哪些是狀態(tài)變

97、量，哪個是目標函數(shù)。允許有不超過60個設(shè)計變量和不超過100個狀態(tài)變量，但只能有一個目標函數(shù)。</p><p>　　對于設(shè)計變量和狀態(tài)變量可以定義最大和最小值。目標函數(shù)不需要給定范圍。每一個變量有一個公差值，這個公差值可以有用戶輸入，也可以自己選擇有程序計算得出。</p><p>　　5、選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法</p><p>　　ANSYS程序提供了一些優(yōu)化工具和

98、方法。默認方法是單次循環(huán)。</p><p>　　優(yōu)化方法是使單個函數(shù)在控制條件下達到最小值的傳統(tǒng)化的方法。有兩種方法是可用的：零階方法和一階方法。除此之外，用戶可以提供外部優(yōu)化算法替代ANSYS本身的優(yōu)化方法。使用其中任何一種方法之前，必須先定義目標函數(shù)。</p><p>　　優(yōu)化工具是搜索和處理設(shè)計空間的技術(shù)。因為求最小值不一定是優(yōu)化的最終目標，所以目標函數(shù)在使用優(yōu)化工具時可以不指出。但

99、是，必須指定設(shè)計變量。</p><p>　　6、指定優(yōu)化循環(huán)控制方式</p><p>　　每種優(yōu)化方法和工具都有相應(yīng)的循環(huán)控制參數(shù)，比如最大迭代次數(shù)等。</p><p><b>　　7、進行優(yōu)化分析</b></p><p>　　在執(zhí)行時，優(yōu)化循環(huán)文件（Jobname.LOOP）會根據(jù)分析文件生成。這個循環(huán)文件對用戶是透明

100、的，并在分析循環(huán)中使用。循環(huán)滿足下列情況時終止：收斂；中斷（不收斂，但最大循環(huán)次數(shù)或最大不合理解的數(shù)目達到了）；分析完成。</p><p>　　如果循環(huán)是由于模型的問題（如網(wǎng)格劃分有問題，非線性求解不收斂，與設(shè)計變量數(shù)值沖突等）中斷時，優(yōu)化處理器將進行下一個循環(huán)。如果是在交互方式下，程序?qū)@示一個警告信息并詢問你是繼續(xù)還是結(jié)束循環(huán)。如果是在批處理方式下，循環(huán)將自動繼續(xù)。</p><p>　

101、　所有優(yōu)化變量和其他參數(shù)在每次迭代后將存儲在優(yōu)化數(shù)據(jù)文件（Jobname.OPT）中，最多可以存儲130組這樣的序列。如果已經(jīng)達到了130個序列，那么其中數(shù)據(jù)“最不好”的序列將被刪除。</p><p>　　8、查看設(shè)計序列結(jié)果</p><p>　　用圖顯示指定參數(shù)隨序列號的變化，可以看出變量是如何隨迭代過程變化的。</p><p>　　除了查看優(yōu)化數(shù)據(jù)，用戶希望用P

102、OST1或POST26對分析結(jié)果進行后處理。默認情況下，最后一個設(shè)計序列的結(jié)果存儲在文件Jobname.RST中。如果在循環(huán)運行前將OPKEEP設(shè)為ON，最佳設(shè)計序列的數(shù)據(jù)也將存儲在數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件中?！白罴呀Y(jié)果”在文件Jobname.BRST中，“最佳數(shù)據(jù)庫”在文件Jobname.BDB中。</p><p>　　3.4 優(yōu)化方案概述</p><p>　　本文提出的優(yōu)化設(shè)計，其約束條件為強

103、度約束和撓度約束。又由于本文優(yōu)化的目的是使結(jié)構(gòu)自重最輕，因此新優(yōu)化模型可以描述為，在滿足結(jié)構(gòu)強度、剛度的條件下使結(jié)構(gòu)自重達到最輕。即:</p><p>　　3.4.1 設(shè)計變量</p><p>　　塔機鋼結(jié)構(gòu)的滿外尺寸或其它型心尺寸一般都是在方案設(shè)計中已經(jīng)確定好，這些尺寸要么來源于用戶要求，要么源自于運輸要求，因此都要標準化，不作為優(yōu)化變量。</p><p>　　對

104、于鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，設(shè)計變量一般為梁的高度、寬度等等，或者為鋼管的直徑、厚度等等。</p><p>　　本文提出的新優(yōu)化模型的設(shè)計變量為結(jié)構(gòu)中上下弦桿截面厚度或者為鋼管的厚度，即:</p><p><b>　　。</b></p><p>　　—臂架第一和第二節(jié)上弦桿的內(nèi)圓半徑；</p><p>　　—臂架第一和第二節(jié)下弦桿的

105、截面厚度；</p><p>　　—臂架第三、四、五節(jié)上弦桿截面內(nèi)圓半徑；</p><p>　　、—臂架第三、四、五節(jié)下弦桿截面厚度；</p><p>　　—臂架第六、七節(jié)上弦桿截面內(nèi)圓半徑；</p><p>　　、—臂架第六、七節(jié)下弦桿截面厚度。</p><p>　　3.4.2 狀態(tài)變量</p><

106、p><b>　　①等效應(yīng)力。</b></p><p>　　其約束條件為，這是強度約束，指的是每個梁單元的最大應(yīng)力，即： </p><p><b>　?、趽隙?lt;/b></p><p><b>　　其約束條件為：</b></p><p><b>　　這是剛度約束。&

107、lt;/b></p><p><b>　　3.5 載荷的計算</b></p><p>　　吊臂上作用的載荷有自重載荷、起升載荷、風載荷和水平慣性載荷。風載荷是作用在臂架上的風載荷和作用在重物上的風載荷的總和，根據(jù)小車在不同位置，吊重不同，作用在重物上的風載荷也不同。</p><p>　　3.5.1 自重載荷</p><

108、p>　　自重載荷指除起升載荷外起重機各部分的總重量（不是質(zhì)量，在此以N計），它包括結(jié)構(gòu)、機構(gòu)、電氣設(shè)備、以及附設(shè)在起重機上的存?zhèn)}等的重力。自重載荷屬于慣性載荷，通過前面已經(jīng)定義的密度，再定義重力加速度即可計算自重。</p><p>　　3.5.2 起升載荷</p><p>　　起升載荷指起升質(zhì)量的重力（以N計），起升質(zhì)量包括允許起升的最大有效物品、取物裝置（下滑輪組、吊鉤、吊梁、抓斗

109、、容器、其重電磁鐵等）、懸掛撓性件及其它在升降中的設(shè)備質(zhì)量。</p><p>　　起升動載系數(shù)。起升質(zhì)量離地起升或下降制動時，對承載結(jié)構(gòu)和傳動結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生附加的動載荷作用。在考慮這種工作情況的載荷組合時，應(yīng)將起升載荷乘以大于1的起升載荷動載系數(shù)。在此取=1.25。</p><p>　　起升載荷是吊重質(zhì)量乘以動載系數(shù)、小車、吊鉤的質(zhì)量總和（乘以9.8），通過起重特性曲線求出在56m處的吊重，然

110、后加上小車和吊鉤的質(zhì)量形成集中載荷，作用在下弦桿上。</p><p>　　按移動載荷對上鉸點的力矩值分析計算起重特性曲線（采用機械式力矩限制器）。</p><p>　　標定：56m處起重量為2050kg，即</p><p>　　考慮小車質(zhì)量，吊具質(zhì)量，則這一幅度的活動載荷對上鉸點的力矩為。由于力矩限制器的作用，在其他幅度時，對上鉸點的力矩也應(yīng)為。</p>

111、<p>　　所以，由此得起重特性方程為：</p><p>　　式中：—起重機額定起重量，</p><p><b>　　—標定起重力矩，</b></p><p><b>　　—小車質(zhì)量，</b></p><p><b>　　—吊鉤質(zhì)量</b></p>

112、<p><b>　　—基本臂最大幅度，</b></p><p>　　—上鉸點到回轉(zhuǎn)中心的距離，</p><p>　　—所能達到的最大幅度。</p><p><b>　　在R=56m處：</b></p><p>　　則作用到下弦桿的集中力為</p><p>　　分布在