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基于神经网络的塔式起重机结构有效寿命理论及技术实现

郑夕健  
【摘要】:随着高层建筑的增多,塔式起重机作为现代施工中的关键起重设备,其满载率加大,工作繁忙程度加重,其大部分时间是在高应力水平下工作的,塔式起重机有效寿命已成为其安全可靠运行的一个重要评价指标。通过对多台破坏的塔式起重机进行分析,发现塔式起重机破坏主要是由其疲劳破坏引起的。为全面深入和分析塔式起重机结构有效寿命,本文用系统工程理念与现代综合设计方法解决塔式起重机结构有效寿命的在线监控问题,主要包括综合有限元方法、优化神经网络以及集成网络和疲劳强度理论进行塔式起重机结构的有效寿命评估及与塔式起重机群在线监控,这对避免塔式起重机的超期服役,消除塔式起重机群作业疲劳损伤和运行故障造成的事故隐患,保障设备和人身安全具有重要的理论及实践意义。 对在用塔式起重机的实际工作情况进行分析研究,在规划塔式起重机结构试验方案及试验数据拾取的基础上,通过现场试验获取典型工况下塔式起重机的结构应力状况。依据有限单元法基本原理,确定了塔式起重机结构的简化原则及处理方法,利用ANSYS建立了塔式起重机的有限元模型,求解获得了结构疲劳危险点。基于神经网络理论及方程论理论,提出高精度优化算法计算RBF神经网络参数的思想,给出确定权值和阈值的数学优化及隐层单元数量的选取方法。在此基础上,构造塔式起重机结构应力识别集成网络及线性方程插值函数,实现对特征参数与结构应力的非线性映射,获得特征参数与结构应力之间的关系,定性定量地界定了塔式起重机关键部位应力与寿命的力学响应;根据塔式起重机实际工作特点及其疲劳破坏类型,确定对塔式起重机结构进行疲劳分析和有效寿命估算的方法;根据统计学原理,确定各疲劳危险点的实际工作状况及应力循环特性,计算基于塔式起重机额定载荷的当量应力循环次数,构建塔式起重机疲劳危险点的结构应力谱,获得塔式起重机结构有效寿命的估算方法,形成基于神经网络的结构有效寿命理论。以某塔式起重机为例,进行结构有效寿命估算。 应用无线局域网通信技术和网络技术构造以PLC为主控核心以及多传感器组成的塔式起重机结构有效寿命监控系统,完成塔式起重机结构有效寿命监控系统的软硬件设计,绘制流程图,编写相关程序。通过对塔式起重机主要工作参数的监测,实现塔式起重机结构有效寿命评估,为塔式起重机的安全运行提供更高的安全保障。 通过分析研究,得到一套用于的塔式起重机结构有效寿命评估的实用方法,是提升塔式起重机技术品质与实施智能化控制的必由之路。该方法不仅可以对现行在役塔式起重机进行有效寿命评估,为进一步应用系统工程与现代综合设计方法奠定了基础,还能为新型塔式起重机的设计制造、操作与应用提供技术保障手段。


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