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学兔兔 基于iSIGHT的异形专用塔机多目标动态优化设计 Multi-objectivedynamicoptimizationdesignof unconventionaldedicated towercrane based on iS●GHT 董元博’，原思聪’，罗 丹’，王东红 DONGYuan-bo ，YUANSi-cong’，LU0 Dan。，VVANG Dong—hong (1．西安建筑科技大学机电工程学院，西安710055；2．中国建筑科学研究院建筑机械分院，廊坊 065000) 摘 要：以异形专用塔机关键模态频率最大、动载系数最小、质量最轻为设计目标，构建ISIGHT与 ANSYS多目标联合优化平台。通过在ANSYS中建立参数化有限元模型并进行结构灵敏度分 析，确定响应值较大的参数为设计变量。运算过程采用非支配排序遗传算法(NS3(A-II)，最终 得到Pareto最优解集。优化结果反应出了各优化目标之间的影响关系，为设计静动态性能皆 优的起重机金属结构提供了参考。 关键词 ：动态特性；灵敏度分析；多目标优化；ISIGHT 中圈分类号tTH12 文献标识码：A 文章编号 ；1009—0184(2015)08(上)一0149一O4 Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2015．03(上)．48 0 引言 1 异形专用塔机有限元模型的建立 异形专用塔机…是针对普通塔机在诸如冷却塔塔 异形专用塔机的金属结构为空间桁架式的钢结构， 体、公路塔桥等异形建筑施工中存在 的设备利用率低、 主要组成部分有 ：塔身 (大、小标准节)、套架 (顶 工作半径局限等问题而研发并投入生产的新型起重升降 升、提升套架)、平头起重臂、平衡臂、施工平桥、回 综合装备。由于作业环境及 自身结构的特殊性，异形塔 转机构、吊钩等。其中，塔身弦杆采用角钢拼焊，塔身 机必须有着 比普通塔机更好的动态特性，且必须在优化 腹杆 、平桥和臂架弦杆选用方钢 ，臂架腹杆选用 圆钢 。 设计过程中加 以考虑。然而 目前对于起重机金属结构的 钢材均为普通碳素结构钢Q235。 优化研究，多是以结构质量最小为单一 目标的单 目标优 依据有限元法理论 ，对异形专用塔机金属结构局部 化，约束条件也大多局限于结构的静强度、静刚性等， 构件进行简化后编写APDI命令流，导入ANSYS软件快速 这样得到的优化结果普遍存在着质量分布不合理、动态 生成参数化有限元模型。模型采用Beam188梁单元来模拟 性能差等 问题 。针对这种不足，文献 2【】提出将 自振频率 各弦杆及腹杆，采用Link8杆单元来模拟 吊臂及施工平桥 作为 目标函数，把优化后质量不高于原质量作为约束条 的拉杆，配重和其他附加质量采用mass21质量单元集中 件进行优化求解 ，得到了静 、动态性能都较为满意的结 加载 。建立完成的异形塔机有限元模型如图l所示。 果 。但该模型依 旧为单 目标优化模型，不可避免的会产 生 自振频率的优化效果明显强于质量的问题，因此不能 完全使设计者满意。文献 3【】和文献 4【】考虑了优化模型 的多 目标因素 ，将结构质量和 自振频率 同时作为优化对 象，但却存在约束条件不完整、缺乏动载分析等 问题， 得到的结果材料分布不均、稳定性较差。 本文采用动态优化方法 中的 “逆 问题 ”的处理方 法，同时将塔机结构静力学分析、模态分析、瞬态动力 学分析的有限元结果作为优化数据 ，建立基于ANSYS