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铸造起重机箱型主梁协同优化设计研究

刘莘  
【摘要】:铸造起重机是冶金行业不可或缺的大型装备。随着科技不断发展,智能算法用于起重机优化设计已成为行业趋势。针对当前起重机主梁轻量化设计主要采用某种智能算法、对某种智能算法改进后进行优化,但仍会存在收敛慢、易局部寻优、精度低等不足。本文先重点研究分析随机搜索算法、粒子群算法、混沌优化算法铸造起重机箱型主梁轻量化设计,引入“协同优化”理念,提出铸造起重机箱型主梁协同优化设计研究。本文主要研究内容如下:1)偏轨箱型主梁的受力分析、整体稳定性、静态刚度、动态刚度、静强度、疲劳强度、局部稳定性等理论计算。2)以主梁截面8个参数为设计变量,以主梁截面的刚度、强度、力学性能、稳定性、尺寸边界条件、参考《起重机设计手册》及GB/T3811-2008设计规范中有关起重机主梁截面参数取值范围规定等为约束条件,以主梁截面积最小为目标函数,建立主梁数学模型。3)以100/40t-28.5m双梁偏轨铸造起重机为工程实例,分别用随机搜索、粒子群和混沌优化三种算法对铸造起重机箱型主梁轻量化设计,然后根据前述三种智能算法优化迭代曲线特征,以最快下降率、最快收敛速度、最少迭代次数作为协同优化的主要依据,将三种智能算法各自优势集于一体形成两种新型智能优化算法---随机+粒子群优化算法和混沌+粒子群优化算法,并用这两种协同优化算法进行优化分析,不仅使铸造起重机箱型主梁截面积最小,而且大大缩短收敛迭代次数和寻优时间,取得很好效果,实现铸造起重机箱型主梁的协同优化设计研究目的。4)将优化后的主梁截面尺寸参数,用ANSYS参数化APDL建立偏轨箱型铸造起重机实体建模,参数设置、约束及载荷加载、划分网格,后处理等进行静力学分析。结果表明:优化后参数达到箱型主梁的静强度与静态刚度的设计要求,从而证明了协同优化设计的可行性和正确性。5)以Microsoft Visual Studio 2012为开发平台,采用C#编程语言开发铸造起重机偏轨箱型主梁轻量化设计可视化操作系统软件。


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