某800t海上桅桿式起重機動態(tài)特性分析與多目標優(yōu)化.pdf

1、桅桿式起重機在傳統(tǒng)吊裝設備中具有獨特的優(yōu)勢，應用于海洋工程領域的大噸位海上桅桿式起重機在國外的需求量越來越大，而在我國的自主研發(fā)才剛剛起步。區(qū)別于陸用起重機和船用起重機，海洋環(huán)境增加了海上起重機的作業(yè)難度，其結構需具備更強的沖擊強度，考慮船舶運動載荷的結構動力學分析方法仍有待完善。本文以800t海上桅桿式起重機為研究對象，分析多工況下其結構的動態(tài)特性并進行優(yōu)化。主要研究內容如下：
　　1）結合目標起重機的結構特征，對吊臂、轉臺和定

2、柱等組件進行受力分析和載荷計算，在對比船舶運動載荷的經驗計算方法和數值分析方法的基礎上，運用AQWA分析環(huán)境載荷入射方向為90度時起重作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)方向對船體運動的影響，確定了結構分析中的船舶運動載荷。
　　2）基于有限元非線性分析理論，運用Hypermesh定義起重機各組件的MPC非線性接觸，并將整機有限元裝配模型的.cdb數據傳遞至ANSYS中，分析起重機的多工況靜強度和穩(wěn)定性。結果表明，56.4度/800t吊裝為起重作業(yè)的危

3、險工況，吊臂和定柱的厚度分布有待優(yōu)化。
　　3）基于結構動力學中的多自由度系統(tǒng)振動理論，由ANSYS的模態(tài)分析結果研究不同吊裝角度對整機自振特性的影響；由諧響應分析結果研究0~20HZ范圍內船舶運動激勵對起重機動態(tài)特性的影響；調用船舶運動載荷的.CSV數據，采用Newmark-β法計算起重機的瞬態(tài)動力學響應，研究載荷的聯合作用對起重機動態(tài)特性的影響。結果表明，船舶運動激勵與整機第1階固有頻率產生共振；56.4度/800t吊裝工況下

4、，主鉤卸載的瞬間吊臂末端的振動最強，且該處的沖擊強度有待提高。
　　4）采用基于Design Explorer和Altair Optistruct的聯合優(yōu)化技術，設定由局部至整體的優(yōu)化設計路線，以輕量化為優(yōu)化目標，同時兼顧結構的力學性能，采用迭代算法、篩選法、MOGA法和NLPQL法，實現吊臂、轉臺乃至關鍵零部件的多目標優(yōu)化設計，并對比分析優(yōu)化前后起重機的靜動態(tài)性能；針對減重引起的吊臂振動增強現象，提出了一個減振隔離器的設計方案。