桥式起重机金属结构的轻量化设计研究.pdf.pdf

南京理工大学硕士学位论文桥式起重机金属结构的轻量化设计研究姓名:杨真申请学位级别:硕士专业:机械工程指导教师:李东波;童一飞 20120318 硕士论文桥式起重机金属结构的轻量化设计研究|11III 摘要 Y2060875 本文基于现代设计方法中的有限单元法和结构优化设计方法,,完成了多种工况下材料分别为Q235和Q345的桥式起重机桥架的轻量化设计研究。首先介绍了起重机的研究现状和CAE技术的在起重机行业的应用现状,深入研究了有限元法的理论基础及有限元分析软件HyperWorb。在第三章详细描述了此桥式起重机的金属结构并建立其几何模型,此外,运用前处理软件HyperMesh建立了起重机桥架的有限元模型,对有限元建模过程进行了详细阐述。在第四章分别对桥架的整个有限元模型和半个有限元模型进行了模态分析和静态分析,分析计算结果表明此桥式起重机桥架的结构性能的安全系数过大还存在很大的优化空间,因此有必要对其进行结构轻量化设计。在第五章为了验证有限元模型及其计算结果的准确性,采用解析法对桥式起重机的主梁进行静力学理论计算,其结果与有限元计算结果相当吻合,确保了有限元计算结果的可信度。本文在第六章深入研究了各种结构优化设计方法和流程,及Optistruct中的结构优化方法,并分别对材料为Q235和Q345的桥式起重机桥架结构进行多种工况下的形状优化、尺寸优化、拓扑优化以及综合优化,此外,还对主梁进行了板厚变截面优化设计和鱼腹梁变截面优化设计。首先建立桥架结构的优化设计数学模型,各个优化设计的优化模型虽有所区别,但最终目标都是减少起重机桥架的自重,实现轻量化设计的目的。通过本文的研究表明采用结构优化方法进行桥架设计可以在满足起重机强度刚度的设计要求下实现结构轻量化设计,效果显著。将材料分别为Q235和Q345的桥架的优化结果进行对比,发现只提高材料的强度,桥式起重机的结构综合性能没有明显改进,必须同时提高材料的强度和刚度,才能得到更大的优化空间,使结构优化更有意义。论文研究提高了起重机主梁结构的设计水平,使得起重机箱形梁结构设计更加合理,对起重机桥架的结构设计具有一定的指导意义和参考价值。关键词模态分析,静态分析,轻量化设计,形状优化,尺寸优化,拓扑优化 Abstract 硕士论文 Abstract Inthisdissertation,taking a50t- crane astheresearchobject,based on themodem design methods offiniteelement andthe咖cture optimization design, lightweight design ofgirder cralles has been carried out under various conditions,whose materialsareQ235 andQ345 respectively. Firstly,researches ofthecrane andCAE technology incraneindustry areinvestigated, andthetheoreticalbasisofthefiniteelementmethod hasbeenresearcheddeeply aswell as chapter 3,the s仃ucture ofthisbridge crane isdescribed indetailand the geometry model ,finite element model of thecranebridge is establishedbyusing pretreatment chapter 4,modalanalysis and the staticanalysis ofthewholeand thehalffiniteelementmodel ofbridge crane arecarriedo咄 and thecalculated resultsshowthatthesafety factorofthecranebridge咖ctI鹏is much too biggerand thereexistssome space thelightweight design of bridgecrane chapter 5,in order toverify uracy ofthefinite