桁架门式起重机主梁结构的优化设计袋式除尘器
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桁架门式起重机主梁结构的优化设计
桁架门式起重机主梁结构的优化设计 2012年08月08日 桁架式门式起重机具有白重轻、迎风而积小、承载能力大等特点，被广泛地应用于厂矿、车站、港口码头、电厂、施工工地等生产领域。其构架设计的合理性和安全可靠性，直接决定了起重机的工作能力和工作效率。现在大多数企业凭借经验来设计的桁架门式起重机，对钢材的利用率较低，而详细的设计计算又比较繁琐。因此，对起重机桁架钢构的设计与研究分析，已成为该设计领域的研究重点，而主梁是门架的主要部分之一。 本文采用现代设计方法，对起重总质量60 t、跨度为40 m、起升高度为l6 m、工作级别A3的桁架门式起重机的主梁结构进行优化。1 主梁结构优化数学模型的建立1．1优化目标函数 门式起重机金属结构的优化目标，是结构自身总质量的最小，即参数VOLUME值最小。1．2设计变量 设计变量是指需要优化的目标函数和状态函数的自变量。优化过程是通过不断变更优化变量的数值来实现的。 桁架式门式起重机的主梁构件，主要是型钢，可采用link8单元来建模，设计变量为各个杆件的截而积和主梁的高度，分别为主梁上弦杆截而积AREAl，下弦杆截而积AREA2，斜平而腹杆截而积AREA3，下平而腹杆截而积AREA4和主梁高H。1．3状态变量 状态变量是设计变量的函数，状态变量的值，必须满足一定的约束条件。约束条件是指性能和边界约束两个方而。性能约束，也即功能约束，是根据设计对象应实现的功能要求而建立的约束条件。对于优化问题，性能约束主要是对构架强度和刚度的要求，即应力和位移应在有关规范确定的范围内。 (1)应力约束。桁架结构的最大应力，须小于所选用材料的许用应力，本文型钢材质为Q235一B，取其许用应力为2 初始设计的主梁结构分析2．1主梁计算工况选择 根据《起重机计算实例》，当小车满载且位于跨中时，主梁上下弦杆受力最大，当小车满载且位于刚、柔腿极限时，主梁的斜平而和下平而的腹杆受力最大。由于主梁的斜平而和下平而的腹杆截而积的比较容易确定，本文选取小车满载且位于跨中时的工况，进行优化设计。3 主梁结构的优化3．1优化方法的选择 有限元分析软件——ANSYS提供的优化方法主要有：零阶方法，一阶方法，用户提供的优化方法。 其中，零阶方法和一阶方法是可实现的。零阶方法运算中只用到因变量(状态变量和目标函数)而不用其偏导数，其优化处理器通过随机搜索，建立状态变量和目标函数的逼近，称之为近似算法。 一阶方法使用因变量对设计变量的偏导数来选择搜索方向，并获得优化结果，将真实的有限元结果最小化。一阶方法避免了对逼近数值进行操作，其每次迭代都由一系列的子迭代组成，一次优化迭代有多次分析循环、结果更精确。由于门机主梁的精度要求不高，本文拟采用零阶方法。4 结束语 利用ANSYS的有限元分析理论，可以轻松的解决一些桁架的静力学问题。在运用ANSYS优化设计功能的基础上，给设计师提供计的依据，并且节约材料，为降低成本提供了重要的理论依据，另外还可以实现可持续发展。 在实际设计时，由于工程应用受各种因素的影响，截而不可能完全符合优化的结果，根据优化结果，并结合目前市场上现有的钢材规格型号去选择截而，用相同数量的材料，可以得到刚度较大的桁架结构。 通过上述简单的优化例子可知，利用ANSYS的优化设计功能进行结构的优化分析，是有效的并且是可行的，其方法操作简单，易于实现，是有限元和优化分析的有机结合，为结构复杂的桁架结构的设计提供了新的方法。