L型門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化及結(jié)構(gòu)性能非概率可靠性研究.pdf

1、門式起重機(jī)作為重要的起重設(shè)備被廣泛應(yīng)用在國(guó)民生產(chǎn)各領(lǐng)域，對(duì)門機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)以提高其設(shè)計(jì)水平具有重要意義。目前，門機(jī)結(jié)構(gòu)的輕量化研究主要集中在主梁、支腿及上下橫梁的截面尺寸參數(shù)優(yōu)化，受門機(jī)結(jié)構(gòu)形式的約束，其優(yōu)化效果和速度有時(shí)很不理想。門機(jī)的可靠性研究以結(jié)構(gòu)性能的隨機(jī)可靠性為主，當(dāng)缺少足夠數(shù)據(jù)來(lái)支撐門機(jī)不確定變量的概率密度函數(shù)時(shí)，將難以保證隨機(jī)可靠性準(zhǔn)確、合理。為了提高門機(jī)的設(shè)計(jì)水平，本文提出一種非對(duì)稱支腿結(jié)構(gòu)形式并引入非

2、概率可靠性方法。
　　本文以32t-26m帶懸臂的L型單梁門式起重機(jī)為研究對(duì)象，采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)門機(jī)進(jìn)行參數(shù)化建模，并按GB/T3811-2008的規(guī)定對(duì)門機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度分析。分析結(jié)果表明，門機(jī)懸臂端的靜剛度不能滿足使用要求。對(duì)門機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)時(shí)，將門機(jī)的參數(shù)化模型集成到多學(xué)科優(yōu)化軟件Isight中，對(duì)門機(jī)主梁進(jìn)行截面尺寸參數(shù)優(yōu)化。門機(jī)優(yōu)化后的強(qiáng)度和剛度性能均滿足要求，但自重僅減少0.44％，優(yōu)化效果很不明顯。門機(jī)

3、懸臂端的靜剛度不足在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中起主要控制條件作用，因而本文提出一種非對(duì)稱的支腿結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用該結(jié)構(gòu)重新對(duì)門機(jī)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。輕量化后門機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和靜剛度均滿足要求，且自重減少了12.85％，門機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)效果獲得了很大提高。
　　考慮門機(jī)幾何尺寸、載荷、材料特性、沖擊系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)的不確定性，運(yùn)用非概率可靠性及區(qū)間分析的理論和方法，綜合利用ANSYS的參數(shù)化分析和Isight的近似建模、優(yōu)化技術(shù)，提出一種門機(jī)非概率可靠性分

4、析方法。該方法集成度較好，避免了大量重復(fù)操作，具有一定應(yīng)用價(jià)值。分析結(jié)果表明:門機(jī)的非概率可靠度為0.78,不能滿足使用要求。
　　建立考慮載荷、材料特性、沖擊系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)不確定性，以門機(jī)主梁截面尺寸參數(shù)為設(shè)計(jì)變量的門機(jī)結(jié)構(gòu)性能區(qū)間不確定性優(yōu)化模型。利用區(qū)間可能度法將不確定性優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為確定性優(yōu)化模型;利用門機(jī)結(jié)構(gòu)性能的響應(yīng)面近似模型替代其有限元分析模型以提高優(yōu)化模型的計(jì)算效率;利用區(qū)間結(jié)構(gòu)分析方法將兩層嵌套優(yōu)化轉(zhuǎn)化為單層優(yōu)化