某800t海上桅桿式起重機動態(tài)特性分析與多目標優(yōu)化.pdf

1、桅桿式起重機在傳統(tǒng)吊裝設(shè)備中具有獨特的優(yōu)勢，應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域的大噸位海上桅桿式起重機在國外的需求量越來越大，而在我國的自主研發(fā)才剛剛起步。區(qū)別于陸用起重機和船用起重機，海洋環(huán)境增加了海上起重機的作業(yè)難度，其結(jié)構(gòu)需具備更強的沖擊強度，考慮船舶運動載荷的結(jié)構(gòu)動力學分析方法仍有待完善。本文以800t海上桅桿式起重機為研究對象，分析多工況下其結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性并進行優(yōu)化。主要研究內(nèi)容如下：
　　1）結(jié)合目標起重機的結(jié)構(gòu)特征，對吊臂、轉(zhuǎn)臺和定

2、柱等組件進行受力分析和載荷計算，在對比船舶運動載荷的經(jīng)驗計算方法和數(shù)值分析方法的基礎(chǔ)上，運用AQWA分析環(huán)境載荷入射方向為90度時起重作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)方向?qū)Υw運動的影響，確定了結(jié)構(gòu)分析中的船舶運動載荷。
　　2）基于有限元非線性分析理論，運用Hypermesh定義起重機各組件的MPC非線性接觸，并將整機有限元裝配模型的.cdb數(shù)據(jù)傳遞至ANSYS中，分析起重機的多工況靜強度和穩(wěn)定性。結(jié)果表明，56.4度/800t吊裝為起重作業(yè)的危

3、險工況，吊臂和定柱的厚度分布有待優(yōu)化。
　　3）基于結(jié)構(gòu)動力學中的多自由度系統(tǒng)振動理論，由ANSYS的模態(tài)分析結(jié)果研究不同吊裝角度對整機自振特性的影響；由諧響應(yīng)分析結(jié)果研究0~20HZ范圍內(nèi)船舶運動激勵對起重機動態(tài)特性的影響；調(diào)用船舶運動載荷的.CSV數(shù)據(jù)，采用Newmark-β法計算起重機的瞬態(tài)動力學響應(yīng)，研究載荷的聯(lián)合作用對起重機動態(tài)特性的影響。結(jié)果表明，船舶運動激勵與整機第1階固有頻率產(chǎn)生共振；56.4度/800t吊裝工況下

4、，主鉤卸載的瞬間吊臂末端的振動最強，且該處的沖擊強度有待提高。
　　4）采用基于Design Explorer和Altair Optistruct的聯(lián)合優(yōu)化技術(shù)，設(shè)定由局部至整體的優(yōu)化設(shè)計路線，以輕量化為優(yōu)化目標，同時兼顧結(jié)構(gòu)的力學性能，采用迭代算法、篩選法、MOGA法和NLPQL法，實現(xiàn)吊臂、轉(zhuǎn)臺乃至關(guān)鍵零部件的多目標優(yōu)化設(shè)計，并對比分析優(yōu)化前后起重機的靜動態(tài)性能；針對減重引起的吊臂振動增強現(xiàn)象，提出了一個減振隔離器的設(shè)計方案。