·现代设计与先进制造技术·
杨真李东波沈国民等基于HyperWorks形状优化...。
43
基于HyperWorks形状优化的桥式
起重机主梁轻量化设计
杨真，李东波，沈国民，童一飞
（南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094）
摘要：以某桥式起重机为研究对象，基于HyperWorks形状优化技术对桥式起重机主架轻量化设计进行了研究。首先，建立桥式起重机的有限元模型，对其进行有限元分析。其次，以体积分数最小为目标函数，以起重机主渠的高度、宽度为设计变量，应力、应变能、模态为约束，建立优化数
学模型，对起重机进行轻量化设计，并对优化后的起重机主架进行整体稳定性验证。关键词：HyperWorks;形状优化；轻量化
中图分类号：TH215
文献标识码：B
桥式起重机是我国使用最广泛的起重机之一，是现代化生产中不可或缺的物料运输设备。但由于我国起重机械设计观念陈旧，对于起重机械节能和经济性重视不够，导致目前我国在用起重机械金属结构体积庞大，机构传动效率低，驱动功率大，能耗严重(1-3)。随着有限元技术的快速发展，起重机结构优化设计有了很大进步。本文采用Hyper-Works形状优化技术对某起重机的结构进行优化设计。形状优化是设计人员对模型有了一定的形状设计思路后所进行的一种细节设计，通过改变模型的某些形状参数后达到改变模型的力学性能的
目的，以满足某些具体要求。 1有限元模型
以某双梁桥式起重机为研究对象，由于桥式起重机的结构具有对称性，在计算分析时，取半个模型为研究对象。建立有限元模型如图1所示。
图1有限元模型
收稿日期：2011-11-03
文章编号：1672-1616(2012)09-0043-03
施加载荷 2
将起重机端梁和主梁都处理为简支梁[4-5] 载荷约束如图2所示，即：位置1约束了，，2方向的移动和方向的转动，位置4约束了，2方向的移动和方向的转动，位置2，3为对称约束，即约束方向的移动和工，方向的转动。
图2载荷约来
主梁上所加载荷考虑了起重机的自振动载荷、起升载荷，体积力有桥架的自重以及大车运行方向
的惯性力[6-8]。 3
静力分析
对以上有限元模型利用Optistruct求解器进行有限元分析，结果如图3，4所示。
通过有限元软件分析计算得出，最大应力值为 91.6MPa，最大位移值为40.3mm。根据GBT3811-2008《起重机设计规范》中对起重机设计的要求，结合实际使用情况，对起重机主渠的刚度要求：≤ 750s，即最大位移值不能超过42mm，其中于为下挠位移，s为跨度[9]。对于应力的要求：该起重机主梁使用的材料为Q235，其屈服应力a，=235MPa，
作者简介：杨真（1986－），女，江苏南京人，南京理工大学硕士研究生，主要研究方向为结构优化设计。