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橋式起重機主梁端部優化方法研究

人氣: | 發布日期:2014-05-22 21:45:13

  Abstract:During the periodical inspection ofthe crane’s metd structure.cracks were oftenfound the weld ofthe transition arc region the end of the main girder.So.it is necessary to consider the fat~e pe~ormance about this alva n the lightweight designing ofthe main girder.A new optimization method which employs the hot spot stress method to evaluate the g properties about the trans#wn ale region the ends of the main girder 琊proposed.The related hot spot stress concentrationfactorformula was obtained byfinite element simulation.Taking the mOSS ofthe structure aS the design and the fatigue strength of the transition ale segment of the main girder∞ a new constraint.together with conventional  constraints like the static strength,the stiffness and the stability,the ofitimization modelfor the box lno~n girder was estab lished.Th e computing experiments bosed on Matlab show that the resuh will get higher reliab ility in the lightweight optimization如5 withfatigneproperties considered  

1引言

  起重機主梁輕量化是減少原材料消耗、降低生產成本、節省能源的有效措施。輕量化一般有2個途徑,一是采用低密度的輕  質材料;二是進行結構優化設計,在保證各項性能要求的前提下  減輕其質量。前一種方法因為涉及材料成本和加工工藝等問題,因此在起重機金屬結構中并不多見,后者則一直是研究人員關注的熱點問題。文獻lll利用對比梯度法(GRG2)對橋式起重機進行參數化建模,采用傳統應力約束對其輕量化設計,并將設計結  果進行有限元仿真。文獻[21在彎曲應力的基礎上加入局部板穩定性約束,并采用了多目標優化方法對箱形主梁進行優化分析。

  文獻口噪用現代設計方法對LDA單梁橋式起重機的主梁進行優化計算,采用傳統的手工計算方法對優化模型中沒有涉及的復雜性能指標進行校核,最后建立有限元模型計算出并分析垂直下繞和工字鋼軌道下翼緣板的局部彎曲應力。文獻利用MATLAB優化工具箱函數解決設計變量中既有連續變量又有離散變量的難題,給出求解混合變量的程序設計方法,對主梁的各截面參數進行優化設計。

  上述研究中,研究人員一般都把主梁跨中下蓋板翼緣邊緣的正應力作為強度的控制指標,有些研究中也會考慮主梁端部的腹板剪應力,這和通常的主梁結構靜強度計算方法是一致的。然而,主梁結構是一種典型的焊接結構,在交變載荷的作用下,其破壞往往表現為焊縫區域的疲勞破壞。在生產現場,主梁跨中出現裂紋的情況并不多見,主要因為該位置具有較大的疲勞強度余量。相反,主梁端部的變截面過渡區域由于具有較大的應力集中和幾何突變,常常出現疲勞裂紋。為此,充分考慮主梁端部變截面過渡區域焊縫部位的疲勞特 ,對研究主梁焊接結構的輕量化設計問題具有較大的研究意義和應用價值。

  針對橋式起重機的箱形主梁的焊接結構輕量化問題,考慮端部變截面區域的疲勞特性,提出了一種基于熱點應力法的輕量化設計方法。


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