【優化設計大賽】起重機主梁的優化設計

起重常識 | 2018-12-20 05:53

本文為技術鄰·Altair優化設計大賽投稿作品,作者為技術鄰用戶:

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? ? ? ?橋式起重機是起重機械里的一個重要組成類型, 橋式起重機一般橫架于車間、 倉庫和料場上空進行物料吊運,因為其兩端坐落于支架上,形狀似橋而得名。起重機主梁的受力狀況相對來說較為簡單,縱觀整個起重機,貨物由行駛在主梁上的小車吊起,小車再通過車輪將所受到的力傳遞到主梁上,與此同時, 主梁還有受到其自身產生的重力作用,兩者共同組成了起重機主梁的外界載荷。除此之外,還要考慮到由于小車啟動或者急停時帶來的沖擊,因此還要求主梁有一定的強度和剛度。

? ? ? ?對起重機主梁的靜力分析固定載荷取極限工況,施加載荷處位于起重機主梁的中間位置,在受載位置附近創建rb2單元并施加集中載荷。約束梁兩端的安裝連接處。材料為Q235鋼。

? ? ? ?對模型抽中面后進行加載,原模型極限工況結果如圖1所示:

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1 原模型極限工況

? ? ? ? 由原模型分析結果可知最大應力70.6MPa,最大位移4.8mm,一階模態頻率7.2HZ。剛強度結果遠低于Q235材料的極限范圍,有較大優化空間。

? ? ? ?由于主梁側板的應力值較小,考慮進行一些挖孔減重處理。采用拓撲優化以側面區域為設計空間,綜合考慮左、中、右側三個極限工況,以volumefrac為約束,最小化weighted comp為的目標。對優化結果提取并幾何重構后得到如圖2所示的模型:

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖2 拓撲優化幾何重構

? ? ? ?為了更好地減重要求在剛強度不超過原模型的情況下采用尺寸優化尋求在設計允許范圍內的料厚最優分布,為了提高可制造性厚度離散化增量為0.1mm。在實際生產中,由于小車的激勵作用,起重機主梁通常的受載頻率取值范圍會在 2~5HZ,故要求優化后固有頻率不小于原模型的8HZ。尺寸優化后結果如圖3。

約束:Von.Mises應力<70MPa, Max disp<5mm, 一階模態頻率>8HZ。

目標:最小化全局質量。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖3 尺寸優化后結果

? ? ? ?利用optistruct拓撲及尺寸優化后的模型最大應力為55MPa,最大位移5mm,一階模態頻率8.13HZ均滿足設計要求且優于原始模型。整體重量由4.45噸減小至3.67噸,實現減重17.5%,可有效指導設計工作。