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门式起重机轻量化研究及局部载荷作用下腹板屈曲分析

朱小龙  
【摘要】:近年来,门式起重机由于其场地利用率高和通用性强的特点在现代化工业进程中扮演着越来越重要的角色。而门式起重机桥架结构重量约占整机自重的60%,因此,如何降低门式起重机桥架结构的自重成为越来越多人关注的焦点。本文以某L型单梁门式起重机为例,利用传统设计计算方法和有限元法对其结构系统进行优化设计。另一方面,门式起重机主梁腹板的局部稳定性是影响整机性能的重要指标,因此,本文利用有限元法对局部载荷作用下的主梁腹板进行了屈曲分析。 本文首先从该门式起重机金属结构系统的基本参数出发,根据该门机的工作特点分析计算了不同工况下的受力情况,按门式起重机的传统设计方法计算了该门机各结构的性能指标,并采用Matlab编写该门机各性能指标的计算程序。根据该门机的结构形式,选取各构件的截面参数为设计变量,以该门机结构自重最轻为目标,以各结构的性能指标为约束条件,建立了该门机的优化模型。借助iSIGHT软件优化平台,集成Matlab编写地计算程序,采用多岛遗传算法对该门机进行优化设计,在满足各约束条件的同时取得了较好的优化结果。其次,利用APDL语言编写了该门机的有限元优化模型,为了提高优化效率,利用响应面法建立了该门机有限元优化模型的近似模型,并将其与(?)SIGHT进行集成优化。最后,将传统优化设计计算方法和有限元优化计算方法的优化结果进行对比,分析比较了不同方法的特点和优劣性,为门式起重机的优化设计提供了参考。 考虑到门式起重机主梁腹板局部稳定性对整机性能的影响,采用有限元法对局部载荷作用下的主梁腹板进行了屈曲分析。首先对门式起重机主梁腹板进行特征值屈曲分析,着重考虑了腹板厚度和翼缘板厚度对主梁腹板临界载荷的影响。然后对主梁腹板进行了非线性屈曲分析,得出了不同初始缺陷的主梁腹板的载荷-位移曲线。最后将不同计算方法得出的局部载荷作用下主梁腹板局部稳定临界载荷进行对比。 本文为门式起重机的传统优化设计计算和有限元优化设计计算提供了参考,并得出了不同优化方法的优劣,具有重要的理论价值和工程意义。对门式起重机主梁腹板进行屈曲分析,找出了局部载荷作用下影响主梁腹板局部稳定性的重要因素。


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