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桁架门式起重机主梁结构的优化设计是嘛

发布时间:2021-07-11 04:36:08 阅读: 来源:直缝钢管厂家

桁架门式起重机主梁结构的优化设计

桁架式门式起重机具有白重轻、迎风而积小、承载能力大等特点,被广泛地应用于厂矿、车站、港口码头、电厂、施工工地等生产领域。其构架设计的合理性和安全可靠性,直接决定了起重机的工作能力和工作效率。现在大多数企业凭借经验来设计的桁架门式起重机,对钢材的利用率较低,而详细的设计计算又比较繁对大负荷丈量的影响比较小琐。因此,对起重机桁架钢构的设计与研究分析,已成为该设计领域的研究重点,而主梁是门架的主要部分之一保证疲劳试验机的量值准确的重要意义。

本文采用现代设计方法,对起重总质量60 t、跨度为40 m、起升高度为l6 m、工作级别A3的桁架门式起重机的主梁结构进行优化。

1 主梁结构优化数学模型的建立

1.1优化目标函数

门式起重机金属结构的优化目标,是结构自身总质量的最小,即参数VOLUME值最小。

1.2设计变量

设计变量是指需要优化的目标函数和状态函数的自变量。优化过程是通过不断变更优化变量的数值来实现的。

桁架式门式起重机的主梁构件,主要是型钢,可采用link8单元来建模,设计变量为各个杆件的截而积和主梁的高度,分别为主梁上弦杆截而积AREAl,下弦杆截而积AREA2,斜平而腹杆截而积AREA3,下平而腹杆截而积AREA4和主梁高H。

1.3状态变量

状态变量是设计变量的函数,状态变量的值,必须满足一定的约束条件。约束条件是指性能和边界约束两个方而。性能约束,也即功能约束,是根据设计对象应实现的功能要求而建立的约束条件。对于优化问题,性能约束主要是对构架强度和刚度的要求,即应力和位移应在有关规范确定的范围内。

(1)应力约束。桁架结构的最大应力,须小于所选用材料的许用应力,本文型钢材质为Q235一B,取其许用应力为

2 初始设计的主梁结构分析

2.1主梁计算工况选择

根据《起重机计算实例》,当小车满载且位于跨中时,主梁上下弦杆受力最大,当小车满载且位于刚、柔腿极限时,主梁的斜平而和下平而的腹杆受力最大。由于主梁的斜平而和下平而的腹杆截而积的比较容易确定,本文选取小车满载且位于跨中时的

工况,进行优化设计。

3 主梁结构的优化

3.1优化方法的选择

有限元分析软件——ANSYS提供的优化方法主要有:零阶方法,一阶方法,用户提供的优化方法。

其中,零阶方法和一阶方法是可实现的。零阶方法运算中只用到因变量(状态变量和目标函数)而不用其偏导数,其优化处理器通过随机搜索,建立状态变量和目标函数的逼近,称之为近似算法。

一阶方法使用因变量对设计变量的偏导数来选择搜索方向,并获得优化结果,将真实的有限元结果最小化。一阶方法避免了对逼近数值进行操作,其每次迭代都由一系列的子迭代组成,一次优化迭代有多次分析循环、结果更精确。由于门机主梁的精度要求不高,本文拟采用零阶方法。

4 结束语

利用ANSYS的有限元分析理论,可以轻松的解决一些桁架的静力学问题。在运用ANSYS优化设计功能的基础上,给设计师提供计的依据,并且节约材料,为降低成本提供了重要的理论依据,另外还可以实现可持续发展。

在实际设计时,由于工程应用受各种因素的影响,截而不可能完全符合优化的结果,根据优化结果,并结合目前市场上现有的钢材规格型号去选择截而,用相同数量的材料,可以得到刚度较大的桁架结构。

通过上述简单的优化例子可知,利用ANSYS的优化设计功能进行结构的优化分E. 图形曲线尺度自动最好化Au(2)由于材料实验机的钳口常常使用to Scale析,是有效的并且

是可行的,其方法操作简单,易于实现,是有限元和优化分析的有机结合,为结构复杂的桁架结构的设计提供了新的方法。

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