2025【桥式起重机主梁轻量化设计（论文）12000字】.doc

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桥式起重机主梁轻量化设计

中国作为世界上为数不多全产业链最齐全的工业化国家，在未来的工业化生产中逐步注重节能减排与低碳绿色排放。在制造工业领域，起重机在工业与民用建造中发挥着重要的角色，桥式起重机因其功能强大被广泛应用，但是与此同时其庞大的制造体积增加了能耗，因此制造轻量化起重机成为未来发展的方向。本文以提高起重机结构的安全性并使其尽可能地达到轻量化作为目标，运用AN刘志强,周梦萱通过对桥式起重机主梁的建模模拟分析，来获取结构的变形与受力状态，进而为后续轻量化提高安全性、可靠性的首要考虑保障，因此起重机主梁的轻量化设计具有重要意义。

针对桥式起重机的实际应用场景，对起重机进行相应的合理简化优化，采用AN刘志强,周梦萱有限元软件进行数值建模，通过对桥式起重机主梁的建模模拟分析，来获取获取最大应力以及最大应变量及位置，以此为依据进行后续的优化设计。

基于上述对桥式起重机的模拟结果，通过改变相关参数建立对应的有限元模型，以主梁的抗弯惯性矩作为影响主梁刚度及承载力的首要因素，在不考虑材料弹性模量变化的情况下，将主梁的横截面积作为目标函数，通过改变底板、腹板、梁高等相关参数为变量实现目标函数参数分析。

采用AN刘志强,周梦萱的优化模块（Optimizationmodule）,将主梁的横截面积作为目标函数，通过改变主梁相应的设计参数，并运用AN刘志强,周梦萱概率设计模块进行分析。最后在不考虑材料弹性模量变化的情况下，引入随机作用参数（材料、载荷等）对主梁进行参数分析设计，在此基础上运用优化模块进行针对主梁的可靠性分析。

关键词：桥式起重机主梁；轻量化；有限元分析；优化设计；静态分析

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目录

TOC\o1-3\h\z\u摘要 I

1引言 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1起重机优化国内外研究现状 2

1.2.2国内外起重机发展现状 3

1.3主梁轻量化技术 3

1.4本课题研究内容及方法 4

2主梁结构设计及有限元分析 5

2.1桥式起重机金属结构 5

2.1.1桥式起重机的性能参数 5

2.1.2主梁结构及载荷 5

2.2向量主梁结构类型及选取 6

2.2.1桥式起重机主梁形式分类 6

2.2.2箱梁载荷分析 7

2.2.3箱梁选材 7

2.3箱梁受力校核 8

2.3.1强度计算与校核 8

2.3.2疲劳强度校核 10

2.3.3刚度计算与校核 10

2.3.4箱梁稳定性校核 11

3优化前主梁有限元分析 12

3.1静态分析 12

3.2基于AN刘志强,周梦萱的拓扑优化 15

4优化后主梁有限元分析 16

4.1静态分析 16

4.2优化前后主梁质量性能对比 18

5总结 19

6参考文献 20

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引言

研究背景

起重机作为一种用途广泛的起重设备，在机械生产领域中非常常见。一般来说，起重机能够实现设备的调运、房屋结构的拆卸以及货物的输送等工作，在机械设计时需要着重考虑其安全性尤其是吊车梁的可靠性。

桥式起重机的主要功能是在一个固定场地进行材料的吊装、卸载、运输。吊车的使用范围很广，从几吨到数百吨不等，并且用途非常广泛，因此，吊车的耗钢量和产量都是最高的(王宇辰,邓梦琪,2022)。目前，国内企业所制造的起重机质量更重耗材更多，对于起重机进行轻量化设是桥式起重机未来的发展方向REF_Ref18027\r\h[1]。

随着国家工程技术的不断推进，对制造机械的性能要求也在不断提高，相应的设计标准也不断颁布和出台，为机械设计提供了基本的设计纲领。但是机械设计的规范化发展是有一定的历程的，在此环境下运作在早期缺乏成熟的设计体系的情况下，往往采用基于经验设计法，通过引入安全系数，采用简单的应力验算进行校核。这样的设计方法往往忽略了材料的塑性阶段，不能够完全发挥材料的性能。在早期设计阶段，由于工业生产力水平的低下，机械制造的水平较低，相应的细节构造不能够完全保证设计的要求，因此在使用中难免会发生严重的机械事故(秦雅婷,孙浩宇,2023)REF_Ref18161\r\h[2]。随着机械设计理论的不断成熟，目前较为成熟的思路是基于确定工况下的理想设计方法，但是这种方法并没有考虑随机作用（荷载、材料分布、截面变化等），在此情境的影响范围内就会使得机械结构在不同的使用工况下具有不同的机械性能(郭子悦,丁文俊,2021)REF_Ref18383\r\h[3]。早在