基于APDL的起重機桁架式吊臂優化設計

 

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

 

    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，進而對結果進行優化。首先對*長吊臂起臂工況進行求解并得到優化解，將此優化解代入*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，則此優化解為*優解；否則，應該重復上面的優化求解過程，*終得到*優解。

 

    1建立數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：/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、中間臂節以及頂部臂節的主弦管壁厚和腹管壁厚；/3，/4―分別為吊臂根部臂節和頂部臂節的主弦管總長度、中間臂節的主弦管總長度、吊臂根部臂節和頂部臂節的腹管總長度以及中間臂節的腹管總長度；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；4一中間臂節在回轉平面內的慣性矩；2.3吊臂結構整體穩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主弦管單肢穩定條件主弦管單肢穩定性：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。

 

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

 

    2.5腹管單肢穩定條件腹管單肢穩定性：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如M.v），等在Ansys計算結果中不能讀取的數據，需要通過命令流編寫在程序中，作為狀態變量。

 

    3軟件實現方式及實例行編程，實現吊臂的計算求解。本文我們利用Ansys中的DesignOpt模塊來實現吊臂的優化。

 

    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化過程全部通過添加到工具條的快捷功能按鈕實現。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為優化控件，將約束條件所需參數從計算結果重提取出來，將結果中沒有包含的參數寫入相應的宏命令，*后啟動Designopt進行優化；CLCLEA清除已有起臂工況數據；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：機械工業出版通訊地址：遼寧省撫順市雙陽路2號（113126）CrnrTi