橋(門(mén))式起重機(jī)小車(chē)架結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、節(jié)能環(huán)保已成為世界各國(guó)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要議題，對(duì)于大型工程機(jī)械來(lái)說(shuō)，其鋼結(jié)構(gòu)本身自重很大。如何開(kāi)展結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)與研究對(duì)促進(jìn)綠色低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義，況且起重裝備輕量化也是當(dāng)前起重行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，也是節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略的具體實(shí)施。
　　 起重機(jī)小車(chē)架是剛度很大的焊接超靜定結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)計(jì)算方法將小車(chē)架簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，且忽略了載荷引起的偏心作用，通常通過(guò)增加小車(chē)架的高度來(lái)保證剛度要求。為了保證安裝在小車(chē)架上的各種機(jī)構(gòu)正常工作，通常降低

2、強(qiáng)度計(jì)算中的許用應(yīng)力來(lái)保證剛度要求，這樣設(shè)計(jì)偏于保守，材料浪費(fèi)嚴(yán)重。
　　 論文以32噸L型單梁門(mén)式起重機(jī)小車(chē)架為研究對(duì)象，基于有限元法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，在ANSYS中采用SHELL63單元對(duì)小車(chē)架建立有限元模型并進(jìn)行靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析，在得到強(qiáng)度和剛度的基礎(chǔ)上，在多學(xué)科優(yōu)化平臺(tái)ISIGHT上采用不同的優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本文主要包括以下幾個(gè)部分:
　　 (1)在ANSYS中建立小車(chē)架的有限元模型，主要采用的是SHE

3、LL63和MASS21單元，對(duì)載荷進(jìn)行簡(jiǎn)化分析處理，求解得到小車(chē)架結(jié)構(gòu)在分析工況下的最大等效應(yīng)力，豎直方向最大變形和模態(tài)頻率，校核了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和靜態(tài)剛度，分析了結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)剛度。
　　 (2)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和靈敏度分析法，在ISIGHT平臺(tái)中運(yùn)用優(yōu)化拉丁方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，獲得小車(chē)架設(shè)計(jì)變量對(duì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)（強(qiáng)度，剛度和重量）的Pareto plot圖，選擇對(duì)響應(yīng)影響較大的設(shè)計(jì)變量構(gòu)建近似模型，減小優(yōu)化問(wèn)題的規(guī)模，提高優(yōu)化效率。

4、　　 (3)借助多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)ISIGHT軟件，結(jié)合近似模型技術(shù)，運(yùn)用響應(yīng)面模型構(gòu)建小車(chē)架優(yōu)化系統(tǒng)的二次響應(yīng)面多項(xiàng)式，在響應(yīng)面模型基礎(chǔ)上采用多島遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化效率高。
　　 (4)組合優(yōu)化可以發(fā)揮全局算法的全局性，同時(shí)又能兼顧數(shù)值算法的高效性，運(yùn)用全局優(yōu)化算法多島遺傳算法和直接搜索法的組合算法對(duì)小車(chē)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化，減輕了小車(chē)架的結(jié)構(gòu)自重。
　　 通過(guò)建立響應(yīng)面模型和組合優(yōu)化方法對(duì)小車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)