考虑端部疲劳特性的桥式起重机主梁优化方法研究

摘要

在桥式起重机金属结构的定期检查中,经常在主梁端部过渡圆弧区域的焊缝位置发现裂纹,故在主梁的轻量化设计中需要考虑这一部位的疲劳特性。针对桥式起重机的箱形主梁的焊接结构轻量化问题,考虑端部变截面区域的疲劳特性,提出了一种基于热点应力法的轻量化设计方法。主要内容有:
　　首先,基于传统起重机设计方法研究通用桥式起重机箱形主梁力学行为,并对某厂生产的22.5/5t中级桥式起重机主梁进行常规应力校核,发现其结果既满足常规约束设计要求,同时还存在轻量化的空间。
　　其次,基于热点应力法,针对主梁端部变截面区域疲劳问题,建立该处的有限元仿真模型,建立该处的热点应力集中系数表达式,提出该处的热点应力判据,并由此确保主梁结构质量优化时在端部变截面区域的疲劳特性。
　　最后,以优化理论为基础,以结构质量最小为设计目标,在静强度、静刚度、稳定性等常规约束基础上,加入了主梁端部圆弧区段疲劳强度的约束,建立了箱形主梁结构的优化模型,并利用MATLAB软件编制了优化程序。
　　实验证明,在轻量化优化设计中综合考虑端部疲劳特性,其结果既能保证箱形梁桥式起重机主梁的可靠性,同时也使其减轻了重量,节约了成本,创造了效益。

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第1章 绪论

1.1本文的背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3研究内容及结构

第2章 研究桥式起重机箱形主梁的基本力学行为

2.1桥式起重机简介

2.2桥式起重机的载荷

2.3桥架中轨箱形主梁设计

2.4通用桥式起重机箱形主梁校核实例分析

2.5本章小结

第3章 基于热点应力法的主梁端部疲劳特性研究

3.1起重机金属结构的疲劳计算

3.2热点应力法和热点应力集中系数

3.3主梁端部圆弧过渡区段的热点应力集中系数

3.4考虑端部疲劳特性的桥式起重机主梁校核

3.5本章小结

第4章考虑端部疲劳特性的主梁优化模型研究

4.1目标函数与设计变量的选取

4.2 约束条件

4.3相关优化数学方法的选取和解析

第5章 总结与展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文