基于APDL的起重機桁架式吊臂優(yōu)化設計

 

    前者校核主弦管與腹管的強度及單肢穩(wěn)定性，后者校核吊臂系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

 

    利用Ansys命令修改工具條并添加快捷功能按鈕，單擊按鈕即可執(zhí)行與之相對應的宏或命令。通過快捷功能按鈕建立模型、劃分網格、添加約束并求解，進而對結果進行優(yōu)化。首先對*長吊臂起臂工況進行求解并得到優(yōu)化解，將此優(yōu)化解代入*大吊重工況中重新建模求解。若求解結果符合所有約束條件，則此優(yōu)化解為*優(yōu)解；否則，應該重復上面的優(yōu)化求解過程，*終得到*優(yōu)解。

 

    1建立數(shù)學模型選取起重機吊臂的主弦管和腹管的外徑，壁厚為設計變量。

 

    設計變量：x=T目標函數(shù)：/⑴“疋抑廠一）+（22其中：r2―分別為主弦管和腹管外徑（半徑），2分別為吊臂根部臂節(jié)、中間臂節(jié)以及頂部臂節(jié)的主弦管壁厚和腹管壁厚；/3，/4―分別為吊臂根部臂節(jié)和頂部臂節(jié)的主弦管總長度、中間臂節(jié)的主弦管總長度、吊臂根部臂節(jié)和頂部臂節(jié)的腹管總長度以及中間臂節(jié)的腹管總長度；p―代表材料密度。2確定約束條件2.1吊臂結構強度條件：d―吊臂的橫截面積，即弦桿的橫截面積總和；%-吊臂在變幅平面內的危險截面的抗彎模量；―材許用應力。

 

    吊臂在轉平面內的*大力矩與*大軸向力作用在吊臂根部，由于對吊臂根部進行了局部加強，所以將距離吊臂根部*近并且未加強的截面作為危險截面。以此作為*大吊重工況時的約束條件。

 

    2.2吊臂結構剛度條件在旋轉平而內，吊臂由于外力作用而產生的*大撓度在吊臂頂端，此處由橫向力和力矩共同作用引起的臂采月放大系數(shù)法求臂端撓度：以此作為*大吊重工況時1勺約束條件。

 

    人一吊臂總長度；一吊臂在回轉平面內的臨界力；4一中間臂節(jié)在回轉平面內的慣性矩；2.3吊臂結構整體穩(wěn)定性條件吊臂作收時，同作用軸向力、變幅平面和回轉平面內的彎矩，因此按向壓彎結構穩(wěn)定性計算。

 

    以此分別作為*大吊重工況和*長吊臂起臂工況時的約束條件。

 

    截面處的彎矩：吟一吊臂在回轉平面內危險截面處的抗彎模量。

 

    2.4主弦管單肢穩(wěn)定條件主弦管單肢穩(wěn)定性：以此分別作為*大吊重工況和*長吊臂起臂工況時的約束條件。

 

    爐一軸壓穩(wěn)定系數(shù)，根據長細比查表得出；d―單個主弦管的截面面積；單個主弦管節(jié)間的臨界力。

 

    2.5腹管單肢穩(wěn)定條件腹管單肢穩(wěn)定性：以此分別作為*大吊重工況和*長吊臂起臂工況的約束條件。

 

    一單個腹管的橫截面面積。

 

    以上約束條件中的參數(shù)如M.v），等在Ansys計算結果中不能讀取的數(shù)據，需要通過命令流編寫在程序中，作為狀態(tài)變量。

 

    3軟件實現(xiàn)方式及實例行編程，實現(xiàn)吊臂的計算求解。本文我們利用Ansys中的DesignOpt模塊來實現(xiàn)吊臂的優(yōu)化。

 

    本文以設計吊重80t的起重機主臂為例，主弦管和腹管材料分別采用HSM770和Q345A.考慮疲勞的影響，它們的許用應力分別為454MPa和233MPa.我們的整個計算及優(yōu)化過程全部通過添加到工具條的快捷功能按鈕實現(xiàn)。工具條包括以下按鈕（見）：CLMODEL建立起臂模型；CLMESH劃分網格；CLDOF添加自由度；CLSOLVE對起臂模型求解；CLDEFORM起臂工況吊臂變形；CLSTRESS起臂工況應力分布（此按鈕下還包括子按鈕可分別得到吊臂整體應力、主弦管應力、腹管應力等）；CLOPTIMI為優(yōu)化控件，將約束條件所需參數(shù)從計算結果重提取出來，將結果中沒有包含的參數(shù)寫入相應的宏命令，*后啟動Designopt進行優(yōu)化；CLCLEA清除已有起臂工況數(shù)據；LDSTEP進入*大吊重工況。

 

    王松，劉麗娟。有限元分析-ANSYS理論與應用。北京：電子工業(yè)出版社，2008，3：90-140.徐格寧。起重機金屬結構設計。北京：機械工業(yè)出版通訊地址：遼寧省撫順市雙陽路2號（113126）CrnrTi