考虑端部疲劳特性的桥式起重机主梁优化方法研究

发布时间：2025-07-09 01:32

　　在桥式起重机金属结构的定期检查中，经常在主梁端部过渡圆弧区域的焊缝位置发现裂纹，故在主梁的轻量化设计中需要考虑这一部位的疲劳特性。针对桥式起重机的箱形主梁的焊接结构轻量化问题，考虑端部变截面区域的疲劳特性，提出了一种基于热点应力法的轻量化设计方法。主要内容有： 首先，基于传统起重机设计方法研究通用桥式起重机箱形主梁力学行为，并对某厂生产的22.5/5t中级桥式起重机主梁进行常规应力校核，发现其结果既满足常规约束设计要求，同时还存在轻量化的空间。 其次，基于热点应力法，针对主梁端部变截面区域疲劳问题，建立该处的有限元仿真模型，建立该处的热点应力集中系数表达式，提出该处的热点应力判据，并由此确保主梁结构质量优化时在端部变截面区域的疲劳特性。 最后，以优化理论为基础，以结构质量最小为设计目标，在静强度、静刚度、稳定性等常规约束基础上，加入了主梁端部圆弧区段疲劳强度的约束，建立了箱形主梁结构的优化模型，并利用MATLAB软件编制了优化程序。 实验证明，在轻量化优化设计中综合考虑端部疲劳特性，其结果既能保证箱形梁桥式起重机主梁的可靠性，同时也使其减轻了重量，节约了成本，创造了效益。

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 本文的背景及意义
    1.2 国内外发展现状
        1.2.1 起重机现代设计方法
        1.2.2 起重机疲劳评定
        1.2.3 热点应力法
        1.2.4 问题及现状分析
    1.3 研究内容及结构
第2章 研究桥式起重机箱形主梁的基本力学行为
    2.1 桥式起重机简介
        2.1.1 桥式起重机工作原理
        2.1.2 桥式起重机类型
        2.1.3 桥式起重机的桥架结构
    2.2 桥式起重机的载荷
        2.2.1 桥架结构上的载荷
        2.2.2 桥架上载荷组合方式
    2.3 桥架中轨箱形主梁设计
        2.3.1 主梁断面几何特性计算
        2.3.2 主梁跨中载荷校核准则
        2.3.3 主梁跨端剪切强度校核准则
        2.3.4 主梁竖直方向刚度计算准则
        2.3.5 主梁稳定性与疲劳校核准则
    2.4 通用桥式起重机箱形主梁校核实例分析
    2.5 本章小结
第3章 基于热点应力法的主梁端部疲劳特性研究
    3.1 起重机金属结构的疲劳计算
    3.2 热点应力法和热点应力集中系数
        3.2.1 热点应力的概念
        3.2.2 热点应力的获取方法与求解
    3.3 主梁端部圆弧过渡区段的热点应力集中系数
        3.3.1 有限元模型简介
        3.3.2 计算结果分析
        3.3.3 热点应力集中系数表达式
    3.4 考虑端部疲劳特性的桥式起重机主梁校核
        3.4.1 起重机金属结构的热点应力判据
        3.4.2 考虑端部疲劳特性的桥式起重机主梁校核
    3.5 本章小结
第4章 考虑端部疲劳特性的主梁优化模型研究
    4.1 目标函数与设计变量的选取
    4.2 约束条件
    4.3 相关优化数学方法的选取和解析
        4.3.1 目标函数方程和约束条件的形式
        4.3.2 单目标多约束非线性规划问题的介绍
        4.3.3 优化软件简介
        4.3.4 优化函数选择
    4.4 实例分析
        4.4.1 问题确立
        4.4.2 程序设计与结果分析
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表的论文
详细摘要



本文编号：4056933