橋式起重機是國內(nèi)普遍使用的生產(chǎn)建設用機械產(chǎn)品,主梁作為其主要承載構件往往占據(jù)了較大的自重。在保證結構使用安全的前提下,適當降低主梁重量,能夠有效節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本和鋼鐵資源。本文以國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的32t/25.5m橋式起重機主梁結構為研究對象,將拓撲優(yōu)化和相似理論相結合,對原型主梁進行了拓撲優(yōu)化和系列設計,最后對所得到的系列新型主梁結構進行了有限元驗證。本文做了以下工作:1、根據(jù)32t/25.5m橋式起重機主梁的基本結構,基于極限狀態(tài)法對主梁進行載荷計算;采用HyperMesh對主梁進行參數(shù)化建模;最后分別在五種典型工況下對該主梁進行了有限元分析計算,得到了主梁在極限狀態(tài)下應力和變形的分布情況。2、以主梁在五種典型工況下對應的柔度最小為目標函數(shù),結合SIMP變密度法與數(shù)學折衷規(guī)劃優(yōu)化法,建立了橋式起重機偏軌箱形主梁多工況拓撲優(yōu)化模型;通過有限元分析計算,得到了滿足五種典型工況的起重機主梁最優(yōu)拓撲結構;結合制造工藝要求,經(jīng)過重構確定出主梁的最佳承載結構形式,并設計出新型開孔式腹板主梁結構。3、以新型32t/25.5m開孔式腹板主梁結構為基型,使用相似設計方法分析主梁尺寸參數(shù)與載荷間的關系...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 拓撲優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀
        1.2.2 多工況拓撲優(yōu)化研究現(xiàn)狀
        1.2.3 結構系列設計研究現(xiàn)狀
        1.2.4 起重機主梁優(yōu)化研究現(xiàn)狀
    1.3 課題的來源、意義和研究內(nèi)容
2 拓撲優(yōu)化與結構系列設計概述
    2.1 結構拓撲優(yōu)化設計理論
        2.1.1 拓撲優(yōu)化的一般流程
        2.1.2 靈敏度分析
        2.1.3 近似模型擬合
        2.1.4 迭代尋優(yōu)原理
        2.1.5 收斂條件
    2.2 基于OptiStruct的主梁拓撲優(yōu)化概述
        2.2.1 棋盤格現(xiàn)象
        2.2.2 網(wǎng)格依賴性現(xiàn)象
        2.2.3 灰度單元現(xiàn)象
        2.2.4 對稱約束
    2.3 結構系列設計理論與方法
        2.3.1 系列設計概述
        2.3.2 系列設計基本方法
    2.4 本章小結
3 橋式起重機參數(shù)化有限元分析
    3.1 橋式起重機主梁基本結構
        3.1.1 橋式起重機主梁基本結構及相關參數(shù)
        3.1.2 橋式起重機主梁的設計要求
        3.1.3 起重機的載荷工況組合
        3.1.4 起重機應用極限狀態(tài)法的載荷計算
    3.2 基于Tcl/Tk的橋式起重機參數(shù)化建模
        3.2.1 Tcl/Tk語言簡介
        3.2.2 橋式起重機主梁模型的部分簡化
        3.2.3 橋式起重機主梁參數(shù)化建模
        3.2.4 主梁模型有限元分析前處理操作
    3.3 橋式起重機主梁有限元分析結果
    3.4 本章小結
4 橋式起重機主梁多工況拓撲優(yōu)化設計
    4.1 變密度法材料插值模型
    4.2 主梁多工況拓撲優(yōu)化數(shù)學模型
    4.3 基于OptiStruct的主梁多工況拓撲優(yōu)化
    4.4 主梁多工況拓撲優(yōu)化結果
    4.5 新型主梁結構的重建與分析
        4.5.1 新型主梁結構的重建
        4.5.2 新型主梁結構的分析與有限元驗證
    4.6 新型主梁的輕量化設計
    4.7 本章小結
5 橋式起重機主梁的系列結構設計
    5.1 主梁的相似關系分析
    5.2 主梁的系列結構設計
    5.3 變型橋式起重機主梁設計與有限元驗證
        5.3.1 20t/19.5m橋式起重機主梁結構分析
        5.3.2 50t/31.5m橋式起重機主梁結構分析
        5.3.3 三種系列主梁優(yōu)化結構的對比分析
    5.4 本章小結
6 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果
致謝



本文編號：3773140