起重機仿生箱梁結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定性設計理論研究.pdf

1、起重機結(jié)構(gòu)自重大，運行能耗高，其結(jié)構(gòu)輕量化是實現(xiàn)節(jié)能降耗的重要手段。以往結(jié)構(gòu)輕量化設計主要針對結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，或采用高強度鋼進行材料替代。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設計理論基礎上，要進一步降低結(jié)構(gòu)件質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)件的承力性能必須找到新的結(jié)構(gòu)設計方法和思路。針對起重機箱梁結(jié)構(gòu)輕量化的科學問題，從結(jié)構(gòu)仿生學相似性原理出發(fā)，提出葉脈加勁肋結(jié)構(gòu)形式，通過研究葉脈及竹節(jié)的自然分布特性，指導加勁肋在箱梁結(jié)構(gòu)中的仿生布置設計。
　　針對斜向肋箱梁結(jié)構(gòu)中的局部屈曲

2、失穩(wěn)問題，推導斜坐標系下簡支邊彎矩計算公式、縱向面內(nèi)載荷作用下斜板的屈曲平衡微分方程，將調(diào)和微分求積法和邊界融入法結(jié)合起來，給出調(diào)和邊界融入微分求積法求解簡支斜板局部穩(wěn)定性的具體方法。以單向軸壓和剪應力作用下簡支斜板為例，研究載荷變化系數(shù)、斜板邊長比和傾角同屈曲臨界載荷之間的關系。結(jié)果表明:單向軸壓作用下簡支斜板屈曲臨界載荷隨載荷變化系數(shù)的增大而增大、隨傾角的增大而減小、隨邊長比的增大先增大后減小再增大;剪應力作用下簡支斜板屈曲臨界載荷

3、隨邊長比的增大而增大、隨傾角的增大先減小后增大。以雙向軸壓或單向軸壓與剪應力作用下簡支斜板為例，研究載荷比值（1/5≤Ny/Nx≤5，或1/5≤Nxy/Nx≤5）、斜板邊長比(1/2≤r≤2)和傾角(30°≤a≤90°)同屈曲臨界載荷之間的關系。結(jié)果表明:對于雙向軸壓作用下簡支斜板，當斜板傾角和邊長比不變、載荷比值增大時，斜板屈曲臨界載荷隨載荷比值增大而減小;當載荷比值和角度不變、邊長比增大時，斜板屈曲臨界載荷隨邊長比增大而增大;當載荷

4、比值和邊長比不變、斜板屈曲臨界載荷均隨傾角增大而減小。對于軸壓和剪應力作用下簡支斜板，當斜板傾角和邊長比不變、載荷比值增大時，斜板屈曲臨界載荷隨軸壓比值增大而減小;當r=1/2～1時，不同傾角下屈曲臨界載荷同邊長比之間的變化關系并不是一致的，當r=1～2時，不同傾角下屈曲臨界載荷隨邊長比增大而增大;當載荷比值和斜板邊長比不變、傾角增大時，斜板屈曲臨界載荷隨傾角增大而減小。以單向軸壓和剪應力作用下CCCC、CSCS和SCSC斜板為例，研究

5、斜板邊長比和傾角同屈曲臨界載荷之間的關系。結(jié)果表明:單向軸壓作用下CCCC和CSCS斜板屈曲臨界載荷隨邊長比增大而增大、隨傾角增大而減小;單向軸壓作用下SCSC斜板屈曲臨界載荷隨邊長比增大而波動、隨傾角增大而減小。剪應力作用下CCCC、CSCS和SCSC斜板屈曲臨界載荷隨邊長比增大而增大、隨傾角增大先減小后增大。
　　針對非均布載荷作用下矩形板件的屈曲承載力問題，從幾何形狀、邊界條件和載荷三個角度，研究局部受載彈性薄板的對稱特性。

6、運用有限元求解具有對稱性矩形板的屈曲臨界載荷，并通過對比DQM數(shù)值解驗證有限元解的精確性。同時對比非均布載荷作用下矩形板屈曲臨界載荷的傳統(tǒng)經(jīng)驗公式，給出能夠滿足工程實際需要的修正經(jīng)驗公式。
　　以竹子為仿生對象對正軌箱梁橫向肋進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。通過研究竹子結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的自然分布特性與受力特性間的作用關系，發(fā)現(xiàn)不同受力截面對應不同的等效節(jié)間距?？紤]加勁肋間距對結(jié)構(gòu)剛度和強度指標的影響，設定加勁肋極限間距。建立正軌箱梁加勁肋變間距等穩(wěn)

7、定性優(yōu)化策略，結(jié)合有限元彈性屈鹽分析進行迭代優(yōu)化，實現(xiàn)加勁肋變間距等穩(wěn)定性設計。經(jīng)實例研究表明，優(yōu)化求解速率隨偏差率增大而增大;仿生箱粱較傳統(tǒng)箱梁加勁肋數(shù)量由15道減小為10道、主梁重量減輕;各截面屈曲抗失穩(wěn)能力差異減小，同時滿足強度和剛度指標設計要求。
　　本文從理論角度、數(shù)值仿真和有限元仿真三個角度，針對仿生斜向肋箱梁結(jié)構(gòu)中局部斜板的屈曲承載力問題進行了系統(tǒng)研究。同時，針對仿生變間距肋正軌箱梁進行了等穩(wěn)定性設計。論文研究工作具