1、碩士學位論文橋式起重機主梁拓撲優(yōu)化研究ResearchonTopologyOptimizationofOverheadCraneGirder學21304040大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要橋式起重機是在工礦企業(yè)等場合廣泛使用的起重機械設備，當前國內(nèi)橋式起重機材料性能并未充分利用，耗材多，自重大，亟需對起重機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計以達到自重輕、性能優(yōu)的目的。在橋式起重機組成中，由

2、于主梁高度和跨度較大，重量占比高，故對橋式起重機主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化能夠有效降低橋式起重機重量。橋式起重機主梁尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化已經(jīng)有很多的研究，而針對主梁輕量化的拓撲優(yōu)化研究卻相對較少，拓撲優(yōu)化能從概念設計角度給主梁輕量化方向性指導，所以基于拓撲優(yōu)化的主梁輕量化設計對有效減小橋式起重機重量有重要的研究價值。本文在國家科技支撐計劃課題“橋式起重機械輕量化共性技術(shù)研究”(課題編號：2015BAF06801)資助下完成。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面

3、：(1)對某型號通用橋式起重機主梁進行有限元分析，并在分析基礎上，采用零階優(yōu)化方法和一階優(yōu)化方法對其進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)果表明，即使是優(yōu)化后的橋式起重機主梁仍然存在一些鋼板的材料性能并未充分利用。(2)采用漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對傳統(tǒng)主梁截面進行拓撲優(yōu)化，得到優(yōu)化的矩形主梁截面，而后采用變密度法對主梁腹板進一步拓撲優(yōu)化，得到副腹板為十字形桁架，主腹板仍為板殼的新型主梁結(jié)構(gòu)。(3)根據(jù)拓撲優(yōu)化結(jié)果，對主梁重新進行設計、尺寸優(yōu)化、分析，結(jié)果表明，該

4、新型主梁在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，新型主梁相對原型主梁減輕了1785t，減重百分比為2789％，相對優(yōu)化后原型主梁減輕了0965t，減重百分比為1729％，減重效果明顯。(4)設計了新型主梁樣機加工圖紙并進行加工、測試，測試結(jié)果與有限元分析結(jié)果誤差在允許范圍內(nèi)，證明了有限元計算的正確性。拓撲得到的新型主梁在保證強度、剛度、穩(wěn)定性的前提下，能夠有效降低重量。該新型主梁為橋式起重機輕量化主梁提供了一種新結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：橋式起重機；主梁