基于Ansys的造船门式起重机钢结构优化设计研究

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1、基于Ansys的造船门式起重机钢结构优化设计研究南海博中船第九设计研究院工程有限公司上海200063摘要：大型造船门式起重机作为船坞区分段合拢必不可少的起重设备，近几年有着向超大跨度、超大起重量方向发展的趋势。设计中如何有效减轻自重，对整机造价的节省显得尤为重要。本文通过采用有限元分析方法对整机结构进行优化，取得了初步的成效。关键词：门式起重机；强度；刚度；优化设计中图分类号：TI-I213．5文献标识码：A文章编号：1001—0785(2012)06—0055—04Abstract：Asessentialhoistingequipmentforhullsegmentg

2、atheringtogether，thelargescaleshipbuildinggantrycraneisdevelopedinthetendencyofsuperlargespanandsuperlargehoisting~apacity．Howtoefectivelyreducetheselfweightisaveryimportantprobleminthedesignforsavingthecostofthewholemachine．Thepaperintroducestheoptimaldesignofthewholemachinebyfiniteelem

3、entanalysismethod，whichhasachievedsomeinitialoutcome．Keywords：gantrycrane；strength；stiffness；optimaldesign优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技(如厚度)、形状(如过渡圆角的大小)、支撑位术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足置、制造费用、材料特性等。优化变量分为设计所有的设计要求，而且所需的支出(如质量、面变量、状态变量和目标函数。积、体积、应力、费用等)最小，也就是说，最设计变量为自变量，优化结果的取得就是通优设计方案就是一个最有效率的方案。过改变设计变量

4、的数值来实现的。每个设计变量Ansys程序提供了两种优化的方法，这两种方都有上下限，它定义了设计变量的变化范围。法可以处理绝大多数的优化问题。零阶方法是一状态变量是约束设计的数值。它们是“因变个很完善的处理方法，可以有效地处理大多数的量”，是设计变量的函数。状态变量可能会有上下工程问题。一阶方法基于目标函数对设计变量的限，也可能只有单方面的限制，即只有上限或只敏感程度，因此更适合于精确的优化分析。对于有下限。这两种方法，Ansys程序提供了一系列的分析一评目标函数是要尽量减小的数值。它必须是设估一修正的循环过程，就是对于初始设计进行分计变量的函数，也就是说，改变设计变量

5、的数值析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正将改变目标函数的数值。设计。这一循环过程重复进行直到所有的设计要1．2优化设计的步骤求都满足为止。除了这两种优化方法，Ansys程序共有两种方法实现Ansys优化设计：批处理方还提供了一系列的优化工具以提高优化过程的效法和通过GUI交互方式。这两种方法的选择取决率，例如，随机优化分析的迭代次数是可以指定于用户对于Ansys程序的熟悉程度和是否习惯于图的，随机计算结果的初始值可以作为优化过程的形交互方式。如果对于Ansys程序的命令相当熟起点数值等。悉，就可以选择用命令输入整个优化文件并通过批处理方式来进行优化。对于复杂的需

6、用大量机1优化设计的基本概念时的分析任务来说(如非线性)，这种方法更有效1．1基本概念率。而GUI交互方式具有更大的灵活性，可以实设计方案的任何方面都是可以优化的，实际时看到循环过程的结果。在用GUI方式进行优化上，所有可以参数化的Ansys选项都可以进行优化时，首先是要建立模型的分析文件，然后优化处设计。这些参数统称为优化变量，比如：尺寸理器所提供的功能，这些都可以交互式的使用，《起重运输机械》2012(6)一55—以确定设计空间，便于后续优化处理的进行。这2)变值变量些初期交互式的操作可以帮助用户缩小设计空间这些变量是结构设计的主要参数，它们直接的大小，使优化过程得

7、到更高的效率。影响门机的结构和工作性能，同时也决定了门机优化设计通常包括以下几个步骤，这些步骤的外观形态，它们是本优化程序的基本变量。根据用户所选用优化方法的不同(批处理或GUI变值变量的初始值及界限值的选取是关键，方式)而有细微的差别。要事先给定一个初始值，且初始值必须在可行域1)生成循环所用的分析文件；该文件必须包内，否则优化方法将起不到其效果。根据《起重括整个分析的过程，而且必须满足以下条件：参机设计手册》及有关资料可以确定变值变量的初数化建立模型(PREP7)，求解(SOLUTION)，提始值，同样也确定了变值变量的界限值。取并指