塔式起重机臂架腹杆布局及尺寸优化设计

为实现塔式起重机臂架布局和尺寸的优化,提出了桁架结构拓扑及尺寸两阶段优化设计方法.第一阶段先建立臂架的周期性板梁拓扑优化模型,使用周期性SKO方法对腹板进行连续体拓扑优化,得到优化的腹板拓扑构型,并通过提取主应力路径将优化的腹板拓扑结构转化为离散的腹杆布局;第二阶段以臂架腹杆截面半径为设计变量,臂架柔度为目标函数,材料体积为约束条件建立优化模型,基于Lagrange乘子法和库恩塔克条件推导腹杆截面尺寸优化迭代准则,基于欧拉公式推导了腹杆稳定性约束条件以保证尺寸优化过程中臂架稳定性.数值分析结果表明,该优化方法能有效地减轻臂架结构质量,提高臂架的刚度,减少变形并降低结构应力水平.     

塔吊起重机臂桁架的拓扑优化设计

以塔吊起重机起重臂桁架为研究对象,采用有限元分析软件建立其部分臂桁架模型,通过加载适当的边界条件和移动载荷后对其受力性能进行分析,并在移动载荷作用下完成了起重机臂桁架的拓扑优化概念设计。结果表明,拓扑优化设计较好地解决了塔吊起重机起重臂内部腹杆铺设的问题,使其臂桁架受力性能得到优化。     

桁架结构拓扑及截面尺寸优化设计方法

为克服传统基结构设计方法对最优解的束缚,实现桁架结构的拓扑布局及尺寸优化,提出了将连续体与离散杆系相结合的桁架结构优化设计方法。从连续体出发,基于SKO连续体拓扑优化方法得到了最优拓扑布局;以二值图像细化算法为基础,提出了基于有限单元8邻域网格模型的骨架提取算法,通过剥离冗余单元,得到了连续体拓扑优化结果的中心传力骨架;以单元主应力为判据,精确找到骨架中的关键点,并连接关键点形成了初始桁架结构;基于拉格朗日乘数法和KuhnTucker条件,以初始桁架中杆件的内外半径为设计变量,结构体积为约束条件,结构柔度为目标函数,建立了桁架结构杆件尺寸优化的数学模型,并推导出其优化迭代准则。最后,以一悬臂结构为例对该优化方法的应用进行了说明,并使用一经典算例与其他文献中的方法进行了对比,结果表明:该优化方法得到的桁架结构具有优化的拓扑构型和力学特性,杆件布局、尺寸合理,应力均匀。     

长悬臂桁架受横向集中力的拓扑优化

用解析方法推导拓扑优化最小重量长悬臂桁架.桁架在应力约束下,自由端受横向集中力作用,桁架宽度为常数,它的节长、结点坐标、腹杆和弦杆的角度,以及所有杆的横截面尺寸均为设计变量.分析结果表明,拓扑优化桁架中的各节腹杆的位置和横截面面积相同,中间结点位于每节1/4位置.当结构长度趋于无限长时,腹杆趋于30°,60°,相对45°桁架的体积差别不大,与类桁架连续体的体积差别也很小.     

大型履带起重机臂架的静强度分析

本文用有限元法对大型履带起重机的工作臂架进行了强度分析,得出了臂架在各工况的受力状况和应力分布,找出了臂架杆内应力随外载荷而变化的规律和结构设计特点。为消化引进技术,提高我国履带起重机设计水平和合理使用提供了科学依据。     

起重机伸缩臂截面拓扑优化

将拓扑优化应用在起重机臂架截面结构设计中,可以解决起重机伸缩臂结构的最优分布问题,从而提高起重机伸缩臂的力学性能,减轻臂架自重.分析拓扑优化中材料变密度法及其相关参数对拓扑优化结果的影响,采用结构力学中的拓扑优化方法建立了伸缩吊臂的拓扑优化数学模型.利用HyperMesh软件建立起重机臂架的有限元模型,并用OptiStruct软件进行优化分析,获得了最优的臂架截面拓扑图.优化结果表明数学模型是合理的,拓扑优化应用在起重机臂架截面设计中是有效的.     

基于类桁架材料模型优化方法计算稳定性研究

推导了2相正交类桁架材料模型,建立了基于类桁架连续体材料模型的单工况和多工况应力约束拓扑优化方法.以杆件在结点位置的密度和方向为设计变量,在单工况下,采用满应力准则法优化杆件密度,将杆件方向与主应力方向对齐;在多工况下,采用方向刚度包络线拟合的方法,由各单工况优化结构导出.通过反复迭代形成类桁架连续体材料优化分布场,进而形成类桁架结构.通过3个经典算例,验证了不同有限单元网格密度和形状下该拓扑优化方法的稳定性,克服了各种拓扑优化普遍存在的单元依赖性.     

塔式起重机起重臂的模糊优化设计

以塔式起重机起重臂为优化对象,针对塔机起重臂结构特点,建立了起重臂的质量优化目标函数,对模糊约束条件采用扩增系数法求出其隶属函数,很好的转化了约束条件。并运用MATLAB优化工具箱寻求问题最优解,使求解过程得到简化,能可靠地获得全局最优解。     

基于ANSYS的塔机起重臂结构轻量化设计

为保证塔机起重臂结构在安全工作条件下质量最轻,文章借助APDL语言在ANSYS中建立QTZ5010型塔机起重臂结构有限元模型,并进行静态仿真分析,得出起重臂结构应力应变情况及其富余量;以起重臂结构轻量化设计为目标,结构横截面尺寸为优化变量,极限工况载荷下结构应力应变为约束,建立了起重臂结构优化设计数学模型,并对其结构质量最小化进行迭代计算。迭代结果显示,起重臂结构质量减少了309kg,减轻了11.6%,实现了起重臂结构的轻量化设计,并且优化后的臂架结构强度比优化前有明显提升。分析结果表明建立的起重臂结构优化数学模型具有可行性,为现役塔机结构轻量化设计提供了参考。     

显式拓扑优化的拉压杆模型自动提取方法

为了实现从显式拓扑优化到拉压杆模型的自然过渡,同时保持拓扑优化结构与拉压杆模型的拓扑一致性,以可移动变形组件拓扑优化为例,建立了显式拓扑优化拉压杆模型自动提取方法。该方法是计算机图形学和结构优化的结合,采用Voronoi骨架提取和形状优化,由骨架提取、框架提取和形状优化3部分构成。结果表明,该方法自动构建了受力合理且几何规则的拉压杆模型;Voronoi骨架提取从显式拓扑优化结构提取了光滑的中轴骨架;以类桁架指标为约束的形状优化实现了拉压杆模型从框架结构到桁架结构的质变。     

基于ANSYS的液压挖掘机工作装置有限元分析

针对YC225LC-8型液压反铲挖掘机,利用力学理论和方法对其工作装置在三种典型工况下进行受力分析.使用ANSYS对挖掘机动臂进行有限元静力强度分析,得出三种典型工况下的应力和应变云图以校核其强度.有限元分析结果显示:挖掘机动臂的静强度满足要求,其最大应力主要出现在液压缸和动臂连接的铰接点以及动臂和底座的铰接点处,这是对工作装置的强度起控制作用的一个重要因素.有限元分析结果对设计优化工作装置的具指导作用.     

汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法研究

为解决汽车变速器壳体多工况拓扑优化适应性问题,提出一种基于折衷规划拓扑优化理论的汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化思路.以某前横置变速器壳体为研究对象,以刚度最大、柔度最小为优化目标,借助Hyperworks分析软件,开展变速器壳体折衷规划自适应拓扑优化设计方法研究.经有限元分析验证,运用折衷规划拓扑优化方法形成的变速器壳体结构设计模型,在一/倒档两典型工况下的目标函数都逐渐收敛于最小值,各档位柔度均达到最小,可同时满足汽车各工况下变速器壳体强度可靠性要求.应用实践表明,折衷规划拓扑优化法是一种有效解决复杂结构体多目标优化问题的可行方法.     

考虑抗震性能的低层轻钢密柱框架支撑拓扑优化

提出了一种新思路,用于得到抗震性能优良的带支撑框架。首先,对低层轻钢框架进行非线性动力时程分析,通过对结构的最大地震效应进行静力等效,获得地震作用的水平等效静荷载。其次,将水平等效荷载与竖向荷载进行组合,利用BESO（双向渐进结构优化）方法对一榀密柱框架进行支撑分布的拓扑优化,得到一种应力分布较均匀且抗震性能优良的带支撑框架。优化中,梁柱位置单元保持不变,通过单元增减的双向进化获得传力骨架,再用等截面杆件将该骨架重构成带支撑框架。同时,利用由优化结果得来的结构概念设计多种密柱框架支撑分布方案。最后,以顶点侧向位移为性能指标,通过非线性动力时程分析,比较了这些带支撑框架的抗震性能。结果表明,拓扑优化得到的带支撑框架性能优于通过结构概念得到的带支撑框架。据此,给出了低层轻钢建筑密柱框架支撑分布的设计建议。     

超高层建筑施工塔吊的动力特性和地震响应规律研究

由于施工塔吊的广泛性和周转使用期限为20年甚至更长,致险地震发生概率也会相应增加。为了研究超高层建筑施工塔吊抗震性能,通过对某实际工程中的动臂式塔吊进行了现场监测并获取其实测自振频率,同时以此为依据对塔吊有限元模型进行有效修正。在此基础上,为了探究超高层建筑在施工过程中塔吊的地震响应规律,分析地震作用下超高层建筑与塔吊的耦合效应,结果表明,超高层建筑—塔吊模型存在多个共振区域,滤波后的时程分析进一步验证该结论。在超高层建筑施工过程中,塔吊爬升过程中有两次地震响应放大现象,需要重视其抗震性能的动态变化。探讨塔吊的动力特性随施工过程的动态发展规律和破坏效应,发现塔吊的应力热区集中在塔身的顶部和起重臂根部,在大震下易出现相应位置的弯折破坏。     

风电塔筒爬壁机器人电机基座优化设计

为解决应用于风电塔筒壁面检测的爬壁机器人电机基座轻量化的问题,提出了一种将动力学仿真与优化设计相结合的方法。通过ADAMS进行动力学建模仿真,得到电机基座的动态载荷并将其作为优化设计的边界条件;通过ANSYS Workbench将拓扑优化、尺寸优化相结合的方式进行优化设计,拓扑优化确定了优化区域。结合参数敏感性分析和响应面法的尺寸优化确定了满足电机基座轻量化目标的最优解。     

动臂式塔吊防碰撞算法研究

由于施工现场内塔吊交叉作业现象严重,为满足施工现场安全及管理的需要,针对动臂式塔吊的群塔作业问题,借鉴AABB层次包围盒的思想,提出并设计了塔吊间的碰撞检测算法.算法采用边界描述法准确地描述塔吊的几何特性,引入四维时空状态模型和运行状态信息构建了动臂式塔吊的数学模型.仿真结果证明该算法能够有效地防止塔吊之间的碰撞.