桥门式起重机金属结构优化设计系统

摘要

近年来，起重机在工业生产中的地位越来越重要。传统设计方法导致起重机的金属结构存在结构参数不合理，质量偏重，性能“富余”等现象。目前文献表明在起重机金属结构有限元分析方面，研究对象大多只针对于某一类型的起重机金属结构，而并没有建立将多种类型的起重机金属结构进行有限元分析的系统。本文以有限元理论为基础，结合商业分析软件，以二次开发为手段，开发一套集参数化建模、结构静态特性分析、优化设计分析于一体的设计系统。设计人员通过简单的交互式操作，实现桥门式起重机金属结构的分析及优化分析，在满足结构的强度、刚度的条件下，达到降低结构重量的目的。该研究工作避免了重复建模的工作，降低了设计人员采用有限元设计分析的门槛，对提高设计人员的工作效率和缩短设计周期具有重要的意义。论文的主要内容如下:
　　(1)对A型刚柔支腿门式起重机以及桥式起重机的金属结构做参数化处理，并用APDL参数化语言建立几种机型的金属结构参数化有限元分析模型，并确定相应的载荷工况以及边界条件。
　　(2)分析桥门式起重机金属结构的受力，针对不同的工况，对桥门式起重机金属结构进行静态特性分析，对QG20t/31.5型号的桥式起重机金属结构进行试验测试，并与系统分析计算结果进行比较，验证系统的可靠性。
　　(3)以优化设计为理论依据，以桥式起重机和门式起重机的金属结构的相关参数作为设计变量，在满足刚度、强度及其他设计原则的基础上，以金属结构的重量作为目标变量，采用分步优化等方法对起重机金属结构进行优化设计分析，并对优化设计结果进行圆整，将圆整后的设计变量尺寸对起重机进行性能分析，验证优化的可行性。
　　(4)利用Tcl/Tk语言定制相应桥门式起重机金属结构的参数化界面以及优化设计界面，并通过专用的数据接口实现参数与ANSYS进行数据传送，并在ANSYS内部建立分析菜单栏，使分析系统界面简单明了。
　　本文结合Ansys有限元分析软件，开发了一套关于桥门式起重机金属结构的优化设计软件，并通过实验测试验证了该软件的建模方法和分析设计的有效性，对起重机的发展具有重要的实际工程价值。

目录

声明

摘要

图和附表清单

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外发展及研究概况

1．3 研究内容及技术路线

2 有限元基本原理及ANSYS二次开发技术

2．1 有限元法的基本原理

2．2 ANSYS二次开发技术

2．3 APDL参数化设计语言

2．4 Tcl/Tk语言概述

2．4．1 Tcl语言简介

2．4．2 Tcl的语言的基本语法

2．4．3 Tk图形工具箱简介

2．4．4 Tcl/Tk语言在Ansys二次开发中的应用

2．5 本章小结

3 起重机金属结构性能分析

3．1 模型简化

3．2 起重机金属结构参数化建模

3．3 基于APDL的参数化建模

3．3．1 材料属性及单元选择

3．3．2 边界约束条件的模拟

3．4 载荷以及载荷组合

3．4．1 载荷类型

3．4．2 工况分析

3．5 算例分析

3．5．1 桥式起重机金属结构算例分析

3．5．2 门式起重机金属结构算例分析

3．6 本章小结

4 起重机金属结构优化设计

4．1 结构优化设计方法

4．1．1 设计变量

4．1．2 目标函数

4．1．3 约束条件

4．2 优化方法

4．2．1 分步优化

4．2．2 基于Ansys的结构优化

4．3 桥式起重机金属结构优化设计

4．3．1 数学模型

4．3．2 优化结果与分析

4．4 门式起重机金属结构优化设计

4．4．1 数学模型

4．4．2 优化结果与分析

4．5 本章小结

5 系统集成与功能实现

5．1 系统架构

5．2 人机交互式界面设计

5．3 系统集成与实现

5．3．1 与Ansys系统集成

5．3．2 性能分析模块

5．3．3 部件分析功能

5．3．4 优化系统

5．4 本章小结

6 系统性能验证

6．1 实验测试

6．1．1 测试工况

6．1．2 测点位置

6．1．3 测试结果

6．2 样机仿真分析

6．2．1 数据获取

6．2．2 仿真结果

6．3 结果分析及对比

6．3．1 静刚度分析

6．3．2 静强度分析

6．3．3 结果分析

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢