本文關(guān)鍵詞：基于非概率可靠性的起重機金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

  更多相關(guān)文章： 起重機 不確定性 非概率可靠性 響應面法 優(yōu)化設計

【摘要】：起重機是減少體力勞動、提高作業(yè)效率、實現(xiàn)安全生產(chǎn)的輔助工具設備,其普遍應用于機械制造、港口、建筑、交通等領(lǐng)域。起重機金屬結(jié)構(gòu)是起重機設備的主要組成部分,其用來承受和傳遞起重機設備負擔的各種工作載荷和自然載荷,因此其設計的好壞對起重機的整體性能起相當大的作用。起重機結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的優(yōu)化設計是基于確定性進行的,而在實際工程中結(jié)構(gòu)參數(shù)存在的不確定性可能會導致結(jié)構(gòu)不滿足可靠性要求。概率可靠性理論能夠處理參數(shù)的不確定性,但其需要足夠多的數(shù)據(jù)來構(gòu)建概率可靠性模型,而在實際工程中較難獲得這些數(shù)據(jù)。非概率可靠性凸集理論用區(qū)間模型來描述這類不確定但有界的參數(shù),只需獲得參數(shù)的邊界,其模型構(gòu)造簡單,具有較強的適用性。在基于區(qū)間模型的可靠性分析基礎上,考慮到起重機結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程不易直接求出,提出了基于響應面法的非概率可靠性優(yōu)化方法對起重機金屬結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。首先,基于響應面基本理論,用二次多項式擬合結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)函數(shù),基于橢球模型和區(qū)間模型對算例進行非概率可靠性分析,對比分析在這兩種模型下計算出的非概率可靠性指標,闡述這兩種模型之間的差異與聯(lián)系。其次,非概率可靠性優(yōu)化是一個兩層嵌套的優(yōu)化問題,外層優(yōu)化是優(yōu)化與結(jié)構(gòu)性能相關(guān)的目標函數(shù),約束條件是滿足非概率可靠性要求,內(nèi)層優(yōu)化則是在滿足極限狀態(tài)函數(shù)的條件下,獲得非概率可靠性指標。針對此問題,外層優(yōu)化采用遺傳算法進行迭代計算,內(nèi)層優(yōu)化使用MATLAB優(yōu)化工具箱進行求解,通過算例驗證了提出的方法是正確可行的。最后,選擇橋式起重機主梁結(jié)構(gòu)為本文的研究對象,對其進行非概率可靠性優(yōu)化設計。首先運用ANSYS-APDL語言對主梁結(jié)構(gòu)進行參數(shù)化建模,然后對其進行強度和剛度的校核計算;選擇主梁結(jié)構(gòu)中的不確定參數(shù)與設計變量,利用Isight軟件構(gòu)建起重機主梁結(jié)構(gòu)強度和剛度的響應面模型,基于區(qū)間模型對主梁結(jié)構(gòu)進行非概率可靠性分析;然后以主梁結(jié)構(gòu)的體積為目標函數(shù),對其進行傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和非概率可靠性優(yōu)化,對優(yōu)化結(jié)果進行分析,結(jié)果表明傳統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果不滿足可靠性要求,非概率可靠性優(yōu)化的結(jié)果滿足可靠性要求且有效減小了主梁結(jié)構(gòu)的體積。本文基于響應面模型,考慮到結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性,對起重機主梁結(jié)構(gòu)進行非概率可靠性優(yōu)化,所述方法對于含不確定參數(shù)的復雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計具有一定的參考價值和意義。
【關(guān)鍵詞】：起重機 不確定性 非概率可靠性 響應面法 優(yōu)化設計
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH21
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 緒論13-19
• 1.1 課題研究的目的和意義13-14
• 1.2 可靠性分析方法14-17
• 1.2.1 概率可靠性分析方法14-16
• 1.2.2 非概率可靠性分析方法16-17
• 1.3 課題來源和主要研究內(nèi)容17-19
• 2 基于響應面法的非概率可靠性分析19-35
• 2.1 響應面方法19-26
• 2.1.1 引言19
• 2.1.2 響應面方法的基本理論19-23
• 2.1.3 響應面建模的統(tǒng)計評價23-24
• 2.1.4 試驗設計24-26
• 2.2 非概率可靠性研究26-34
• 2.2.1 非概率可靠性模型26-29
• 2.2.1.1 區(qū)間模型27
• 2.2.1.2 橢球模型27-29
• 2.2.2 非概率可靠性指標的求解29-32
• 2.2.3 數(shù)值算例32-34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 3 非概率可靠性優(yōu)化設計35-46
• 3.1 可靠性優(yōu)化的數(shù)學模型35-36
• 3.2 基于區(qū)間模型的非概率可靠性優(yōu)化36-40
• 3.2.1 基于MATLAB的內(nèi)層優(yōu)化37-39
• 3.2.2 基于遺傳算法的外層優(yōu)化39-40
• 3.3 數(shù)值算例40-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 4 起重機結(jié)構(gòu)的非概率可靠性優(yōu)化設計46-65
• 4.1 主梁結(jié)構(gòu)有限元參數(shù)化建模46-53
• 4.1.1 主梁及輪軌的幾何模型46-49
• 4.1.2 材料屬性及單元選擇49
• 4.1.3 單元網(wǎng)格劃分49-50
• 4.1.4 接觸設定50-51
• 4.1.5 載荷施加及邊界約束51
• 4.1.6 QG20/5t-31.5m主梁結(jié)構(gòu)的建模51-53
• 4.2 起重機主梁有限元分析53-55
• 4.2.1 強度計算及校核53-54
• 4.2.2 剛度計算及校核54-55
• 4.3 起重機主梁可靠性分析55-58
• 4.3.1 主梁結(jié)構(gòu)響應面建模56-58
• 4.3.2 主梁結(jié)構(gòu)可靠性分析58
• 4.4 起重機主梁優(yōu)化設計58-64
• 4.4.1 主梁結(jié)構(gòu)數(shù)學模型59-61
• 4.4.2 優(yōu)化結(jié)果分析與校核61-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 5 全文總結(jié)與展望65-67
• 5.1 全文總結(jié)65-66
• 5.2 研究展望66-67
• 參考文獻67-71
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文及研究成果71-72
• 致謝72

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本文編號：932714