基于結(jié)構(gòu)功能衍生系數(shù)的橋式起重機金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

在起重機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法忽略了起重機各零部件之間復雜的相互作用。本文提出了基于結(jié)構(gòu)功能衍生系數(shù)的起重機金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，在確保起重機整機安全性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了金屬結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計。本文重點如下：

1）建立了起重機零部件解釋結(jié)構(gòu)模型，引入了結(jié)構(gòu)功能衍生系數(shù)，通過仿真分析，獲得了不同設(shè)計參數(shù)組合下起重機金屬結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值，并以此確定了可近似描述設(shè)計參數(shù)與結(jié)構(gòu)強度之間關(guān)系的擬合函數(shù)。通過衍生系數(shù)矩陣及其導數(shù)矩陣，量化了設(shè)計參數(shù)的變化對結(jié)構(gòu)強度的影響。

2）以300/100 t-30 m通用橋式起重機為研究對象，根據(jù)設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)強度的影響趨勢，通過參數(shù)優(yōu)化，使得橋架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力增大了7.91%，小車架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力增大了28.68%，起重機整機質(zhì)量減小了2 035.113 kg，在確保起重機金屬結(jié)構(gòu)承載能力的前提下，大幅度減小了整機質(zhì)量。

該方法可以針對起重機不同的零部件進行具體分析，但存在一定的局限性，如衍生系數(shù)矩陣及其導數(shù)矩陣的建立需要大量試驗數(shù)據(jù)。今后需進行更多的研究來突破其局限性，包括研究出更有效的方法來建立衍生系數(shù)矩陣及其導數(shù)矩陣，或者用更精準的數(shù)值模擬技術(shù)來減少對試驗數(shù)據(jù)的依賴。

部分圖表



起重機金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計流程圖



起重機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)示意



 起重機金屬結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計范圍（mm）



不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下起重機金屬結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力



不同參數(shù)水平下起重機金屬結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力（MPa）



起重機金屬結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力方差分析



起重機金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果