船載起重機臂架有限元分析及優(yōu)化.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟一體化不斷發(fā)展和國家間的貿(mào)易往來日益頻繁，船載起重機作為水上運輸重要配套設(shè)備發(fā)揮著越來越重要的作用。船載起重機是一種在水上進行起重作業(yè)的特殊起重機，應(yīng)用非常廣泛，如船舶甲板上貨物的裝卸作業(yè)以及近年來海上大型項目（跨海大橋的建設(shè)、海上石油的開發(fā)等）順利開展所需的吊裝作業(yè)都要靠船載起重機來完成。目前船載起重機正朝著大起重量、低自重的趨勢發(fā)展；臂架作為船載起重機核心部件，其重量大約占到整機的五分之一，并且它還直接承受吊重載荷及其它

2、各種外載荷，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣直接影響船載起重機的總體性能及重量。因此，為增強船載起重機械企業(yè)在市場上的競爭力，臂架設(shè)計過程中不僅要滿足強度、剛度及穩(wěn)定性等安全性能指標(biāo)，還應(yīng)盡量減輕臂架自身重量、降低生產(chǎn)制造成本和使用能耗。本文以25m/10t船載起重機臂架為研究對象，針對臂架安全性能和制造成本等問題，采用有限元仿真軟件分析臂架的強度和剛度等性能，并在此基礎(chǔ)上對臂架截面尺寸進行優(yōu)化設(shè)計；其主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，闡明起重機

3、工作原理，并通過傳統(tǒng)解析法對臂架截面進行了強度計算校核，以此作為有限元分析的基礎(chǔ)。
　　然后，提出臂架的簡化方案，利用SolidWorks建立臂架模型，并采用ANSYS Workbench對該臂架模型進行有限元靜力學(xué)、模態(tài)及屈曲穩(wěn)定性等分析。通過有限元靜力學(xué)分析臂架在不同仰角下結(jié)構(gòu)的強度和剛度情況，分析發(fā)現(xiàn)臂架在水平工況下最危險，但此工況下臂架最大應(yīng)力和最大位移仍然遠遠小于許用安全值，存在一定的優(yōu)化空間；通過模態(tài)分析獲得了該臂架模

4、型的自振頻率和振型圖，并驗證了該模型滿足臂架對動剛度要求。通過屈曲分析得到屈曲載荷因子和振型圖，可以確定臂架失穩(wěn)時的臨界應(yīng)力值以及屈曲發(fā)生的位置，并驗證了臂架在兩種極端工況下能夠滿足穩(wěn)定性要求。
　　最后以最優(yōu)拉丁試驗設(shè)計方法和響應(yīng)面法結(jié)合和粒子群優(yōu)化算法三者的結(jié)合，通過很少的計算量就獲得一個滿足臂架應(yīng)力和變形要求以及有效降低臂架質(zhì)量的一個新的臂架截面尺寸；最終的優(yōu)化結(jié)果使臂架重量減輕了15.3％，可產(chǎn)生可觀經(jīng)濟效益。