橋(門)式起重機小車架結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與研究.pdf

1、節(jié)能環(huán)保已成為世界各國可持續(xù)發(fā)展的一個重要議題，對于大型工程機械來說，其鋼結(jié)構(gòu)本身自重很大。如何開展結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計與研究對促進綠色低碳經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義，況且起重裝備輕量化也是當前起重行業(yè)的發(fā)展趨勢，也是節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略的具體實施。
　　 起重機小車架是剛度很大的焊接超靜定結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)計算方法將小車架簡化為簡支梁，且忽略了載荷引起的偏心作用，通常通過增加小車架的高度來保證剛度要求。為了保證安裝在小車架上的各種機構(gòu)正常工作，通常降低

2、強度計算中的許用應(yīng)力來保證剛度要求，這樣設(shè)計偏于保守，材料浪費嚴重。
　　 論文以32噸L型單梁門式起重機小車架為研究對象，基于有限元法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，在ANSYS中采用SHELL63單元對小車架建立有限元模型并進行靜力學和動力學特性進行分析，在得到強度和剛度的基礎(chǔ)上，在多學科優(yōu)化平臺ISIGHT上采用不同的優(yōu)化技術(shù)進行優(yōu)化。本文主要包括以下幾個部分:
　　 (1)在ANSYS中建立小車架的有限元模型，主要采用的是SHE

3、LL63和MASS21單元，對載荷進行簡化分析處理，求解得到小車架結(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)的強度和靜態(tài)剛度，分析了結(jié)構(gòu)的動態(tài)剛度。
　　 (2)運用實驗設(shè)計方法和靈敏度分析法，在ISIGHT平臺中運用優(yōu)化拉丁方實驗設(shè)計方法，獲得小車架設(shè)計變量對結(jié)構(gòu)的響應(yīng)（強度，剛度和重量）的Pareto plot圖，選擇對響應(yīng)影響較大的設(shè)計變量構(gòu)建近似模型，減小優(yōu)化問題的規(guī)模，提高優(yōu)化效率。

4、　　 (3)借助多學科優(yōu)化設(shè)計平臺ISIGHT軟件，結(jié)合近似模型技術(shù)，運用響應(yīng)面模型構(gòu)建小車架優(yōu)化系統(tǒng)的二次響應(yīng)面多項式，在響應(yīng)面模型基礎(chǔ)上采用多島遺傳算法進行優(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，同時又能兼顧數(shù)值算法的高效性，運用全局優(yōu)化算法多島遺傳算法和直接搜索法的組合算法對小車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型進行優(yōu)化，減輕了小車架的結(jié)構(gòu)自重。
　　 通過建立響應(yīng)面模型和組合優(yōu)化方法對小車架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)