基于改进退火-粒子群混合算法的桥式起重机主梁优化设计

摘要

随着全球经济迅速发展，工业生产规模不断扩大，桥式起重机作为一种重要的物料装卸和搬运设备，广泛应用于建材、运输、矿山、制造业和石油化工等领域。目前，我国桥式起重机设计多采用传统的许用应力法和极限状态法，传统设计方法虽然能满足工程需要，但材料浪费严重、结构尺寸较大、能耗较高。桥架结构占桥式起重机总重60％~80%，而主梁又是桥架重要组成部分，是桥式起重机最主要的承载部件，为使我国桥式起重机向着安全可靠、轻量化、低能耗方向发展，对桥式起重机主梁进行结构优化设计显得尤为重要。本文采用改进退火-粒子群混合优化算法(SA-PSO)对桥式起重机主梁进行优化设计，其内容主要包括：
　　（1）介绍桥式起重机结构组成，对其进行载荷计算。确定主梁截面的五个尺寸参数为设计变量，以制造工艺、边界尺寸、力学性能等方面的要求为约束条件，以主梁截面面积最小为目标函数，构建箱形主梁优化设计数学模型；
　　（2）分析模拟退火算法（SA）和粒子群算法（PSO）的优缺点，取长补短，将“优选粒子”引入粒子群算法后，再与模拟退火算法相互结合，得到改进模拟退火-粒子群混合优化算法。通过测试函数和主梁优化实例对改进SA-PSO混合算法进行验证，证明改进SA-PSO混合优化算法的可行性和合理性；
　　（3）以30t/25.5m正轨箱形双梁桥式起重机主梁为研究对象，以MATLAB软件为实现工具，运用改进SA-PSO混合算法对起重机主梁进行优化，优化后主梁截面面积减少到31230mm2，明显减轻主梁自重，达到优化设计目的；
　　（4）利用有限元软件ABAQUS，对改进退火-粒子群混合算法优化后的正轨箱形双梁桥式起重机进行静态分析、模态分析和谐响应分析，分析结果表明优化后主梁符合强度、刚度要求，优化后桥式起重机结构合理、动态性能良好。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究主要内容和技术路线

1.4 本章小结

第2章 桥式起重机载荷分析

2.1 桥式起重机简介

2.2 载荷分析

2.3 桥式起重机主梁计算

2.4 本章小结

第3章 主梁优化设计数学模型

3.1 优化设计流程

3.2 优化设计数学模型

3.3 箱形主梁优化设计数学模型建立

3.4 本章小结

第4章 改进模拟退火-粒子群混合算法分析

4.1 主梁优化分析

4.2 优化算法介绍

4.3 模拟退火-粒子群混合算法

4.4 算法对比验证

4.5 本章小结

第5章 桥式起重机主梁优化设计实例

5.1 桥式起重机参数

5.2 基于模拟退火-粒子群混合算法的主梁优化设计

5.3 优化结果有限元分析

5.4 本章小结

结论与展望

一 结论

二 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果