单梁龙门起重机结构分析及优化

摘要

龙门起重机作为物料搬运机械中最主要的一种，在各行各业中得到广泛的应用，其起重范围可以从几吨到几十吨甚至几百吨，装备着机械制造、冶金、钢铁、码头集装箱装运等行业。 传统的起重机设计方法以安全系数法为主，而以概率论和数理统计理论为基础的可靠性设计方法比常规的安全系数法更合理，该方法能得到所要求的恰如其分的设计，能得到较小的零件尺寸、体积和重量，从而节省原材料、加工时间，可以使所设计的零件具有可预测的寿命和失效概率。因此，对龙门起重机结构进行可靠性分析并进行优化是非常必要的。 文章对有限元的基本思想和有限元分析软件ANSYS进行了简单介绍，重点介绍了有限元模态分析理论基础，三种可靠性分析的方法：蒙特卡罗法、响应面法、基于敏感性的分析方法。同时，详细介绍了计算可靠度的数学基础，计算方法，以及可靠性（优化）设计的基本理论与方法。 在理论基础上与实践结合，本文主要研究方法和内容包括： 1．以有限元分析软件 ANSYS为平台，建立了龙门起重机的有限元模型，从静力学分析入手，接着进行模态分析得出前四阶振型图，按照有关起重机设计手册验证了强度，刚度以及频率的大小是否符合规范要求。 2．在有限元基础上，引入可靠性分析基本理论，以一台龙门起重机主梁结构为研究对象，详细描述了在有限元中进行可靠性分析的三个重要步骤：模型文件的生成、可靠性分析阶段、后处理和结果的提取。 3．在ANSYS中提供的可靠性分析模块中，采用APDL进行主梁的参数化建模，选择分析的输入和输出变量，编写一系列可靠性分析文件及提取分析结果文件，并对结果做了统计分析和趋势分析。 4．进行了可靠性指标计算，并在可靠性基础上进行优化设计，即把可靠度要求，或者结合在优化问题的约束条件内，或者结合到优化问题的目标函数内，运用优化方法，得出产品参数的最优解。本文把优化数学模型应用到箱型主梁结构中，得到了优化后的圆整解。 本文的最后对全文进行了总结，提出了几点在将来有待继续研究的问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.1.1龙门起重机概述

1.1.2课题的研究背景

1.1.3课题的研究意义

1.2与课题研究相关的国内外动态

1.2.1有限元法的应用

1.2.2可靠性发展简史及趋势

1.2.3可靠性优化设计研究概况

1.3论文结构和主要研究内容

1.3.1论文的组织结构

1.3.2主要的研究内容

1.3.3论文的主要工作

1.4本章小结

第2章基于ANSYS的龙门起重机结构分析

2.1有限元分析与ANSYS

2.1.1有限元的基本思想

2.1.2有限元软件ANSYS

2.1.3 ANSYS的计算分析过程

2.2葫芦单梁龙门起重机结构的有限元建模

2.2.1龙门起重机结构型式及主要参数

2.2.2建模过程中的若干问题

2.3葫芦单梁龙门起重机结构线性静力学分析及结果

2.3.1最大综合应力分析结果

2.3.2最大位移分析结果

2.4葫芦单梁龙门起重机结构模态分析及结果

2.4.1模态分析理论基础

2.4.2龙门起重机模态分析

2.5本章小结

第3章龙门起重机主梁结构的可靠性分析

3.1结构可靠性分析方法

3.1.1结构可靠性的理论基础

3.1.2结构可靠性分析方法及基本思想

3.1.3.ANSYS系统中提供的结构可靠性分析方法

3.2龙门起重机主梁结构可靠性分析过程

3.2.1生成有限元模型分析文件

3.2.2可靠性分析阶段

3.2.3后处理和结果提取阶段

3.3龙门起重机主梁结构可靠性分析结果

3.4本章小结

第4章龙门起重机主梁结构的可靠性优化设计

4.1可靠度基本理论

4.1.1引言

4.1.2数学基础

4.1.3可靠度概念及计算方法

4.2可靠性优化设计方法

4.2.1建立可靠性优化设计模型的方法

4.2.2可靠性优化设计模型的求解方法

4.3龙门起重机主梁结构的可靠性稳健优化设计

4.3.1主梁结构的力学模型

4.3.2正态分布参数主梁可靠性稳健优化设计

4.4本章小结

第5章结论及展望

5.1全文总结

5.2进一步的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目