学生姓名：张源

班学生级：机械2017-09班

指导教师：吴晓

毕设题目：40T集装箱起重机门架结构设计分析及优化研究

 

 

一、概况

1.选题意义

门式起重机是广泛应用于铁路货场、港口码头、生产企业、水电站等生产场合的机械。门式起重机具有通用性强、机动灵活、使用年限长、作业效率高、环境污染小等特点，能极大减轻工人的作业强度，是港口码头等地装卸集装箱的有力机械，其门架结构的设计质量优劣不仅关乎着劳动生产生活的安全与可靠，而且与起重机整机的性能、造价、运营成本有关。门式起重机的门架结构占总起重机60%以上的重量，对门架结构进行分析和优化设计，一方面可以有效地减轻自重、降低运行成本、节约资源、节能减排、保护环境，另一方面可以促进门式起重机朝着大型化、智能化、节约化、高效化方向发展。因此对门架结构的设计分析及优化研究具有一定的工程实际意义。

本文参考相关教材、标准和文献，对门架结构进行分析计算和优化设计。首先，参照相关教材、依据相关标准进行起重机门架结构的传统设计计算；其次，将传统设计计算得出的门架结构进行有限元分析，分析其强度、静刚度和动刚度；第三，进行门架结构的灵敏度分析，分析出对门架体积影响程度大的参数；第四，利用有限元分析软件对以上得出的重要参数进行优化设计，得出满足约束条件下的参数值。再根据实际生产情况对相应的参数进行圆整；第五，将上述优化设计后的门架结构进行有限元分析，分析其强度、静刚度、动刚度和稳定性；最后，将传统设计的门架结构与优化设计后的门架结构进行强度、刚度、体积参数的对比，得出结论。

优化设计过后的门架结构质量减轻，而强度、刚度、稳定性满足使用要求，可以有效地节约运行成本、降低起重机造价，这对实际的生产实践具有重要的经济意义。

2.任务分解

二、已完成工作

按照安排计划进行毕业设计的工作，现已进行到第四部分结构的优化设计。

1.收集了起重机发展现状和趋势、起重机参数化建模以及起重机优化设计方面文献，翻译了一篇英文文献，完成了一篇文献综述。

2.参考教材和相应的标准，完成门架结构截面尺寸设计和强度、刚度计算。

 

图1 主梁及上横梁截面尺寸

 

图2 支腿上截面及支腿下截面尺寸

 

 

图3 下横梁截面尺寸

 

图4 主梁强度计算

 

 

图5 支腿与下横梁强度计算

 

图6 静刚度计算

 

 

图7 动刚度计算

3.确定有限元分析条件。如单元的选择、划分方法、材料、工况、约束条件以及简化条件的确定。期间建立门架结构三维模型，确定门架结构质量和迎风面积，进而确定大车水平惯性加速度和面均布风载荷的大小。

 

图8 有限元分析条件概述

 

图9 工况的确定

 

图10 载荷的确定

 

 

图11 门架结构三维模型

 

图12 约束条件的确定

 

 

 

 

 

 

4.建立门架结构有限元模型，分析结构强度、静刚度和动刚度。

 

图13 结构静刚度分析

 

图14 结构强度分析

 

 

图15 结构模态分析概述

 

图16 第一阶和第二阶模态分析

 

 

图17 第三阶和第四阶模态分析

 

图17 第五阶和第六阶模态分析

二、下一步工作计划

1.对所选的参数进行灵敏度分析，选取灵敏度大的参数作为下一步优化设计参数。

2.参考文献学习有限元优化设计概念和相应的操作过程，确定目标函数、约束条件和设计变量。

3.进行有限元优化设计，得出参数的优化值，并且根据实际规定的板厚值进行圆整。

4.对优化后的门架结构进行有限元分析，并与之前传统设计的结构进行对比分析，得出结论。

5.撰写论文，准备答辩。

 

问题一：灵敏度分析的目的？

回题答：对门架结构进行有限元的灵敏度分析，是为了确定有限元分析过程中的某些输入参数对输出参数的影响程度。选取影响程度大的参数进行下一步优化设计，可以减少计算量。

问题二：自以为毕业设计完成程度？

回题答：70%左右。

 

 

在进行毕业设计的过程中遇到很多的问题，感谢吴晓老师耐心细致的解答，感谢同学们的帮助。通过此次毕业设计，我不仅巩固了大学四年所学习的知识，而且还自主学习了有限元概率分析与优化设计，这对之后的学习与工作具有重要意义。同时掌握了有限元分析软件ANSYS的操作过程，并且将其和solidworks、CAD等共同使用，解决遇到的问题。这使我感悟到毕业设计的过程就是一个学习的过程，不仅要学习如何解决问题，更要锻炼面对困难的勇气与不服输的精神。问题是恒久存在、不断涌现的，不会因为搁置而消失。正视问题的存在，实实在在地工作，才能解决问题。再次感谢老师和同学的帮助，也希望自己能继续前行，完成好大学学业的最后一份答卷。