塔式起重机双吊点水平臂架结构优化研究

【摘要】：塔式起重机（简称塔机）作为建筑项目中重要的施工设备，广泛应用于工业与民用建筑、能源设施、水利建设、船舶等工程领域。近年来，我国风电、核电、光伏等能源项目陆续上马，有力地推动着塔式起重机朝着大型化、重载、高可靠性、高效率方向发展，这对塔机的结构设计提出了更高的要求。塔机结构包括塔身、塔帽、起重臂架、平衡臂架、配重、回转支承、底架等部分，其中起重臂架作为塔机首要设计的承载部件，其设计环节的优劣会提升或制约其他结构件设计水平，因而臂架的优化设计具有较为明显的经济效益，同时也利于提升整机设计水平。 本文以塔机起重臂架为研究对象，主要研究工作如下： 首先，根据臂架所处的工况、受力特点，构建合理的力学模型。依据某现役塔臂参数，采用ANSYS经典模块与ANSYS Workbench模块两种建模方式进行臂架的参数化建模，对两种方式进行优劣势比较，为工程技术人员提供合适的建模策略。 其次，对臂架进行有限元分析，并从后处理中得到目标参量。衡量臂架结构安全性能的指标为：强度、刚度、稳定性。考虑到ANSYS无法直接提取出结构稳定性参量，故借助APDL命令流对其进行二次开发，即将臂架稳定性参量的相关理论公式以APDL所遵循的格式编制算法，创建专用的臂架结构分析模块。 再次，ANSYS与Isight联合仿真实现连续/离散混合变量的臂架结构单目标优化，以臂架重量为优化目标，对臂架的型钢尺寸、强度、刚度、稳定性参量进行约束限制，确定出最优的臂架型钢尺寸。 最后，ANSYS与Isight联合仿真实现连续/离散混合变量的臂架结构多目标优化，以臂架重量、臂架动载摆幅参量为优化目标，对臂架型钢尺寸、强度、刚度、稳定性参量进行约束限制，确定出最优的臂架型钢尺寸。