多目標變密度懲罰拓撲優(yōu)化法在龍門起重機橫梁設計中的應用.pdf

1、龍門起重機在貨物搬運中發(fā)揮著重要作用，但對龍門起重機結(jié)構(gòu)的設計一直停留在憑借經(jīng)驗和判斷對結(jié)構(gòu)方案進行選擇和確定。連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法可以大大地改善結(jié)構(gòu)的性能或減輕結(jié)構(gòu)的重量，帶來直接的經(jīng)濟效益。將連續(xù)體拓撲優(yōu)化方法引入到起重機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計中，令起重機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計進入一個新的時代。本文在閱讀大量中外文文獻的基礎(chǔ)上，通過深入研究連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的基本理論和算法，以及龍門起重機的金屬結(jié)構(gòu)，開發(fā)出一種多目標變密度懲罰法優(yōu)化設計方法，并對龍門

2、起重機橫梁的腹板進行了初步的設計，討論了目標實現(xiàn)順序?qū)?yōu)化結(jié)果的影響及結(jié)果的合理性。 本文首先研究了起重機傳統(tǒng)設計方法，對常見的起重機結(jié)構(gòu)形式進行了探討；對龍門起重機橫梁進行了詳細的內(nèi)力分析，討論了龍門起重機橫梁與普通橋梁的不同；確定了橫梁在工作中的三種工作狀態(tài)；對橫梁腹板的設計采用多目標設計法，選擇靜定結(jié)構(gòu)模型簡化龍門起重機橫梁結(jié)構(gòu)，對受力進行合理簡化以便于拓撲優(yōu)化設計。 其次基于SIMP密度材料插值模型建立了體積約束

3、下連續(xù)體結(jié)構(gòu)最小柔順度問題的拓撲優(yōu)化模型，研究了優(yōu)化問題的解法，并且推導了基于SIMP方法的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化準則算法的迭代公式；分析了拓撲優(yōu)化中常出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象，并研究了克服這些不穩(wěn)定性現(xiàn)象的各種數(shù)值方法。采用MATLAB編程語言用本文方法對MBB梁、短懸臂梁和Michell型結(jié)構(gòu)等模型進行了結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化計算分析，得到了令人滿意的結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)果。 最后本文對龍門起重機橫梁腹板進行了拓撲優(yōu)化設計。采用MATLAB編程語言開發(fā)出