本文關(guān)鍵詞：全地面起重機伸縮臂截面優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：起重機是一種取物機械，隨著社會發(fā)展各種型號的起重機不斷出現(xiàn)，，其設(shè)計、工藝都逐漸趨于規(guī)范化。伸縮臂作為全地面起重機中最重要的結(jié)構(gòu)之一，是所有結(jié)構(gòu)中最主要受力的結(jié)構(gòu)，因此在實際工作中要考慮其剛度、強度、穩(wěn)定性。那么伸縮臂截面尺寸的大小就變的十分重要。 伸縮吊臂作為全地面起重機中非常重要的結(jié)構(gòu)，其重量一般占整個起重機的18%左右，而大噸位的全地面起重機所占比重更大，這就降低了起重機的性能。因此，在符合各項要求的基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化設(shè)計的方式，對吊臂結(jié)構(gòu)的尺寸進行優(yōu)化，降低整個結(jié)構(gòu)的自重，這在大噸位起重機整個伸縮臂的設(shè)計中起到關(guān)鍵作用。 優(yōu)化之前要先編寫全地面起重機主臂結(jié)構(gòu)參數(shù)化程序的ANSYS命令流文件。本文建立有限元模型時，臂筒結(jié)構(gòu)和單倍吊繩使用BEAM188單元模擬，變幅缸結(jié)構(gòu)使用LINK8單元模擬，而每兩節(jié)臂之間的滑塊使用MPC184單元模擬。建立了有限元模型之后，需要施加邊界條件，即對主臂后鉸點和變幅缸下鉸點約束其三個方向的平動自由度，而對單倍吊繩下鉸點進行全約束；施加的載荷有自重、吊重、風(fēng)載、側(cè)載和回轉(zhuǎn)慣性載荷。另外在結(jié)構(gòu)中應(yīng)力比較大的位置需要建立控制截面，方便提取計算結(jié)果。 本文采用兩種優(yōu)化方法對全地面起重機伸縮臂截面的尺寸進行優(yōu)化。 首先，使用ANSYS自帶的優(yōu)化算法對伸縮臂截面進行優(yōu)化。本文考慮到其優(yōu)化結(jié)果的精確度，所以選擇使用一階方法進行優(yōu)化。利用ANSYS軟件的優(yōu)化模塊，對伸縮臂截面進行優(yōu)化設(shè)計的時候，全地面起重機伸縮臂的截面形式不變，即始終保持U型截面，把各節(jié)臂上、下蓋板厚度和U型截面的外形尺寸作為設(shè)計變量，以全地面起重機在正常工作時控制截面的最大Von Mises應(yīng)力作為狀態(tài)變量，以整個伸縮臂結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量作為目標函數(shù)。優(yōu)化時根據(jù)廠家要求給出設(shè)計變量的取值范圍，然后通過一階方法的迭代計算出最優(yōu)值。 其次，使用遺傳算法對伸縮臂截面進行優(yōu)化分析。本文遺傳算法是采用整數(shù)編碼的形式，通過遺傳算子的操作把新產(chǎn)生的個體和父代中的個體放在一起形成一個新的種群，計算每個個體的適應(yīng)值，選擇適應(yīng)度好的前N個個體最為下一代（N為種群的數(shù)量），這樣能保證父代中一些好的個體都能遺傳下來。具體程序計算過程是：使用MATLAB軟件編寫遺傳算法程序，遺傳算法中適應(yīng)值是通過調(diào)用ANSYS進行計算，得出的的每個適應(yīng)值都保存在一個文件中，以方便遺傳算法程序的使用。給出程序最大迭代次數(shù)，隨著迭代次數(shù)的增加，種群中的個體不斷地趨于最優(yōu)。 最后，根據(jù)兩種優(yōu)化方法的結(jié)果進行分析，可以看出優(yōu)化后整個伸縮臂結(jié)構(gòu)的重量減輕了許多。ANSYS一階方法和遺傳算法在主臂截面優(yōu)化上是可行的，本文為全地面起重機主臂結(jié)構(gòu)減重提供參考，并且在已有型號全地面起重機的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化吊臂截面尺寸為設(shè)計出更大噸位的提供參考。
【關(guān)鍵詞】：全地面起重機 伸縮臂截面 遺傳算法 優(yōu)化 ANSYS MATLAB
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH213;TP18
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 選題背景和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.1.1 選題背景11
• 1.1.2 國內(nèi)外全地面起重機的發(fā)展情況11-12
• 1.2 全地面起重機簡介12-16
• 1.2.1 全地面起重機的描述12-13
• 1.2.2 全地面起重機的獨有技術(shù)13
• 1.2.3 全地面起重機的結(jié)構(gòu)13-16
• 1.3 有限元發(fā)展及軟件介紹16-18
• 1.3.1 有限元的發(fā)展過程16
• 1.3.2 有限元分析方法簡介16-17
• 1.3.3 ANSYS 軟件介紹17-18
• 1.3.4 MATLAB 軟件簡介18
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容18-19
• 第2章 ANSYS 結(jié)構(gòu)優(yōu)化簡介19-25
• 2.1 ANSYS 優(yōu)化介紹19-22
• 2.1.1 ANSYS 優(yōu)化模塊中三大變量19
• 2.1.2 ANSYS 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型19-20
• 2.1.3 ANSYS 優(yōu)化常用的兩種優(yōu)化算法20-22
• 2.2 ANSYS 優(yōu)化設(shè)計的一般步驟22-23
• 2.3 本章小結(jié)23-25
• 第3章 遺傳算法的理論及使用簡介25-29
• 3.1 遺傳算法的簡介25-27
• 3.1.1 遺傳算法的定義25
• 3.1.2 遺傳算法的編碼方式25
• 3.1.3 遺傳算法的步驟25-26
• 3.1.4 遺傳算法的特點26-27
• 3.2 遺傳算法的具體使用介紹27-28
• 3.2.1 編碼方式的選擇27
• 3.2.2 最優(yōu)值的選擇27-28
• 3.2.3 適應(yīng)值的選擇28
• 3.3 本章小結(jié)28-29
• 第4章 全地面起重機主臂結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模29-43
• 4.1 單元的介紹29-30
• 4.2 各節(jié)吊臂模型建立30-35
• 4.2.1 主臂截面選取方法30-31
• 4.2.2 主臂截面參數(shù)說明31-32
• 4.2.3 吊臂有限元模型的建立32-35
• 4.3 模型組裝及計算35-39
• 4.3.1 各節(jié)吊臂組裝過程35-37
• 4.3.2 邊界條件施加說明37-39
• 4.3.3 求解說明39
• 4.4 結(jié)果提取與處理39-41
• 4.5 本章小結(jié)41-43
• 第5章 全地面起重機主臂截面優(yōu)化過程43-61
• 5.1 優(yōu)化工況的選取43
• 5.2 ANSYS 優(yōu)化過程的實現(xiàn)43-53
• 5.2.1 優(yōu)化意圖及選用優(yōu)化算法43-44
• 5.2.2 優(yōu)化變量的選取44-45
• 5.2.3 ANSYS 模塊具體優(yōu)化設(shè)計步驟45-46
• 5.2.4 ANSYS 優(yōu)化結(jié)果46-53
• 5.3 遺傳算法優(yōu)化過程的實現(xiàn)53-59
• 5.3.1 編寫遺傳算法優(yōu)化程序53
• 5.3.2 遺傳參數(shù)的選擇53-55
• 5.3.3 MATLAB 軟件調(diào)用 ANSYS 的相關(guān)問題55
• 5.3.4 遺傳算法的流程55
• 5.3.5 遺傳算法優(yōu)化結(jié)果55-59
• 5.4 本章小結(jié)59-61
• 第6章 結(jié)論與展望61-63
• 6.1 結(jié)論61
• 6.2 展望61-63
• 參考文獻63-67
• 作者簡介及參與科研項目67-69
• 致謝69

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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本文編號：1127146