基于HyperWorks形状优化的桥式起重机主梁轻量化设计.pdfVIP

· 现代设计与先进制造技术 · 杨 真 李东波 沈国民等 基于HyperWorks形状优化…… 3 基于 HyperWorks形状优化的桥式 起重机主梁轻量化设计 杨 真，李东波，沈国民，童一飞 (南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094) 摘要：以某桥式起重机为研究对象，基于HyperWorks形状优化技术对桥式起重机主梁轻量化设 计进行了研究。首先，建立桥式起重机的有限元模型，对其进行有限元分析。其次，以体积分数 最小为 目标函数，以起重机主梁的高度、宽度为设计变量，应力、应变能、模态为约束，建立优化数 学模型，对起重机进行轻量化设计，并对优化后的起重机主梁进行整体稳定性验证。 关键词 ：HyperWorks；形状优化 ；轻量化 ‘ 中图分类号：TH2l5 文献标识码：B 文章编号：1672—16162【012)09—0043一O3 桥式起重机是我国使用最广泛的起重机之一， 2 施加载荷 是现代化生产中不可或缺的物料运输设备。但 由 将起重机端梁和主梁都处理为简支梁 【_5J， 于我国起重机械设计观念陈旧，对于起重机械节能 载荷约束如图2所示，即：位置 1约束了 ，Y，方 和经济性重视不够，导致 目前我国在用起重机械金 向的移动和 方向的转动，位置4约束了Y，Z方向 属结构体积庞大，机构传动效率低，驱动功率大，能 的移动和 方向的转动，位置 2，3为对称约束，即 耗严重_1 ]。随着有限元技术的快速发展，起重 约束 z方向的移动和 ，Y方向的转动。 机结构优化设计有了很大进步。本文采用 Hyper— WorkS形状优化技术对某起重机的结构进行优化 设计。形状优化是设计人员对模型有了一定的形 状设计思路后所进行的一种细节设计，通过改变模 型的某些形状参数后达到改变模型的力学性能的 图2 载荷约束 目的，以满足某些具体要求。 主梁上所加载荷考虑了起重机的自振动载荷、 起升载荷，体积力有桥架的自重以及大车运行方向 1 有限元模型 的惯性力[6一 。 以某双梁桥式起重机为研究对象，由于桥式起 重机的结构具有对称性，在计算分析时，取半个模 3 静力分析 型为研究对象。建立有限元模型如图1所示。 对以上有限元模型利用 Optistruct求解器进 行有限元分析，结果如图3，4所示。 通过有限元软件分析计算得出，最大应力值为 91．6MPa，最大位移值为40．3mm。根据GNI3811— 2008(起重机设计规范》中对起重机设计的要求，结 合实际使用情况，对起重机主梁的刚度要求：厂≤ 1 -／K／IS，即最大位移值不能超过42mm，其中f为下 … 图1 有限元模型 挠位移，s为跨度[99j。对于应力的要求：该起重机 主梁使用的材料为Q235，其屈服应力