桁架式门机结构系统动态优化及可靠性研究

摘要

利用有限元分析软件ANSYS建立桁架式门机的有限元模型，研究了铁木辛柯梁理论与欧拉-伯努利梁理论的差异，得到铁木辛柯梁理论与欧拉-伯努利梁理论的适用范围。本文对桁架式门机结构进行静力分析，得到应力极值和应力分布情况。对结构杆件存在应力分布不均的状况进行了分析，探讨了制约结构轻量化设计的限制条件。
　　通过动力学分析，得出最易引起结构共振的固有频率，提出利用交互式决策算法对桁架式门机进行动态优化，验证了此优化算法的可行性。经过优化，在减轻结构质量(10.9％)的同时提高了系统的动态性能(5.98％)，同时结构杆件应力分布不均的状况有所改善。
　　研究了冲击载荷作用下由于冲击振动等原因对结构产生的附加影响。通过对结构系统进行瞬态动力学分析，得出起重机在起吊货物瞬间产生的冲击振动对结构应力的影响程度，并验证了传统算法中以起升冲击系数的形式补偿这种动力效应的精度，同时提取等效载荷。
　　基于强度失效理论的可靠性计算方法，探讨了不同载荷作用次数与结构系统的可靠度之间的函数关系。建立桁架式门机结构系统可靠性模型，利用等效载荷对结构系统进行分析计算，得出冲击载荷、移动载荷等多重载荷对系统可靠性的影响。
　　本文通过理论分析，结合APDL(ANSYS Parametric Design Language)技术，对桁架式门机结构进行了可靠性方面的探讨，并提出了一种新型的多目标优化算法，为起重机结构设计提供了一种新的途径。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景与意义

1．2 国内外研究状况

1．3 论文研究内容

第2章 相关技术方法及应用软件

2．1 有限元法简介

2．1．1 有限元法

2．1．2 连续梁单元的有限元分析

2．1．3 有限元分析软件ANSYS

第3章 桁架式门机结构特性及力学分析

3．1 MG32T桁架式门机结构系统基本参数

3．1．1 计算工况

3．1．2 载荷组合

3．2 有限元模型简化及所用单元介绍

3．2．1 有限元模型简化及假设

3．2．2 BEAM188单元与LINK8单元介绍

3．3 桁架式门机有限元分析结果

3．3．1 桁架式门机强度分析

3．3．2 桁架式门机静刚度分析

3．3．3 桁架式门机稳定性分析

3．4 本章小结

第4章 桁架式门机动力学分析

4．1 结构动力学分析

4．1．1 动力学方程

4．1．2 瑞利阻尼

4．1．3 门机结构模态分析

4．1．4 门机结构谐响应分析

4．2 结构瞬态动力学分析

4．2．1 瞬态动力学基础

4．2．2 结构动力学模型

4．2．3 货物起吊过程分析

4．2．4 瞬态分析计算结果

4．3 本章小结

第5章 动态优化设计

5．1 基于灵敏度分析的设计变量选取

5．2 动态优化设计的数学模型

5．3 交互式决策优化理论

5．3．1 满意度

5．3．2 总体协调度

5．4 优化过程及结果分析

5．5 本章小结

第6章 门机结构可靠性分析

6．1 可靠度意义及现状

6．2 基于强度失效理论的可靠性分析

6．3 随机参数的确定

6．4 结构可靠度的数值模拟

6．5 结构可靠性

6．6 桁架式门机可靠性计算

6．6．1 基于强度失效理论的可靠性校核

6．6．2 桁架式门机结构静刚度校核

6．6．3 桁架式门机结构稳定性校核

6．7 优化后门机结构可靠性校核

6．7．1 基于强度失效理论的可靠性校核

6．7．2 桁架式门机结构静刚度校核

6．7．3 桁架式门机结构稳定性校核

6．8 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及科研成果