基于雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法的門座式起重機臂架輕量化設(shè)計研究.pdf

1、近年來，人們越來越關(guān)注低碳經(jīng)濟、綠色環(huán)保等相關(guān)問題，輕量化技術(shù)也越來越受到重視。以往起重機的結(jié)構(gòu)設(shè)計大多采用類比設(shè)計和經(jīng)驗設(shè)計，為了保證結(jié)構(gòu)安全可靠，取較大的安全系數(shù)，造成了材料的浪費，因此對起重機結(jié)構(gòu)的輕量化研究成為當前的一項重要研究內(nèi)容，開展起重機的輕量化設(shè)計對促進綠色低碳經(jīng)濟的發(fā)展也具有重要意義。而起重機臂架結(jié)構(gòu)作為其主要承載結(jié)構(gòu)，其性能的好壞起著至關(guān)重要的作用。因此對起重機臂架結(jié)構(gòu)進行輕量化設(shè)計研究具有重要的理論價值與工程實際意

2、義。
　　本文利用ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言APDL進行二次開發(fā)，編寫雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法優(yōu)化算法及數(shù)值實現(xiàn)程序，利用所編寫的程序?qū)ζ鹬貦C臂架結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化，得到臂架結(jié)構(gòu)材料的最優(yōu)分布形式，基于拓撲優(yōu)化后的臂架形式對其進行進一步的構(gòu)型修整，最終獲得完整的臂架結(jié)構(gòu)。本文主要研究成果如下：
　?。?）首先分析了ESO方法的基本思想和原理，并給出了ESO方法的算法流程圖，在此基礎(chǔ)上指出了ESO方法在實際優(yōu)化過程中存在著的一些數(shù)值不穩(wěn)

3、定問題。進而將研究重點轉(zhuǎn)向更為先進的BESO方法，在ESO方法的研究基礎(chǔ)上充分剖析了BESO方法的原理。
　　（2）在ANSYS軟件中，利用ANSYS的參數(shù)化設(shè)計語言APDL進行二次開發(fā)，分別編寫了ESO方法和BESO方法的算法實現(xiàn)程序。利用所編寫的兩種算法程序分別對某一具體的算例進行拓撲優(yōu)化設(shè)計，通過對算例的分析，驗證了這兩種算法程序的正確性及可行性，并從兩種方法優(yōu)化結(jié)果的對比中，證明了BESO方法比ESO方法更為先進、可靠。<

4、br>　?。?）采用更為先進的BESO方法從最初滿設(shè)計域的長方體區(qū)域出發(fā)，對臂架結(jié)構(gòu)進行截面形狀優(yōu)化，得到臂架截面的最優(yōu)形式為箱型結(jié)構(gòu)。為后面直接以箱型截面的臂架作為初始設(shè)計模型提供依據(jù)。
　　（4）在 ANSYS軟件中建立臂架結(jié)構(gòu)的有限元模型，利用所編寫的 BESO方法的程序?qū)Ρ奂苓M行拓撲優(yōu)化設(shè)計，得到臂架材料的最優(yōu)分布形式。對優(yōu)化后的臂架結(jié)構(gòu)進行構(gòu)型修整，建立修正后完整的臂架有限元模型并對其進行分析與校核，通過與優(yōu)化前原臂架結(jié)