与剪切强度条件比较,立刻求出:
[29]
式中:[τ]——剪切许用应力, ;
[σ]——与载荷组合类别相应的基本许用应力, 。
从而,剪切许用应力:Q235:[τ]=92.4Mpa
端面承压许用应力按
3.5 起重机主梁刚度要求
刚度方面:根据起重机设计手册的要求,当满载小车位于跨中工作位置时:由于额定起升载荷和小车自重使主梁在跨中产生的垂直静挠度f 与起重机跨度L的关系[1],推荐为:
对A5 及A5 级以下的起重机,
对A6 级起重机,
对A7 及A8 级起重机,
故对该研究中的桥式起重机主梁,其垂直静挠度f 28.125mm
4 QD 20/5-22.5A6起重机主梁的有限元分析及变截面优化设计
运用有限元方法对桥架进行有限元分析具有以下优势:
1)通过有限元法可以得出主梁上应力和位移的最大值及其所在位置,也可以查看各个位置任意方向的应力、位移值;
2)有限元法可以对三文实体模型进行有效的分析,为复杂零部件的设计和优化提供了重要的技术手段,减少了设计的盲目性。同时又提高了新产品设计的一次成功率,缩短了产品的开发周期,节省了大量的时间和费用,这对新产品的开发是特别有益的。如果优化前发现主梁受力后的位移或应力值超出了允许范围,则应对主梁结构进行修改,再进行有限元分析,直到应力与位移达到许用范围。从而达到在保证其足够的强度和刚度的前提下节省材料、降低成本的根本目的。
本研究选用的有限元分析软件为HyperWorks,它的主要优势在于:革命性的商业模式、超凡的求解器技术、创新性的设计工作和强大的数据管理技术。
其中,OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具,内部包含一个快速、准确的有限元求解器,使用标准的有限单元类型进行线性静态、模态、屈曲和动力响应分析,并提供多处理器计算机上的并行解决方案[28]。
在OptiStruct中,优化问题的三要素为:
1)目标函数Objective:满足所有约束条件的设计方案就是可行设计方案,优化设计的任务就是对各个可行设计方案进行比较,从而找出最佳方案。而对设计方案进行优劣比较的标准就是目标函数,或称为评价指标/评价函数。例如:质量,应力,位移,惯性矩,频率,屈曲因子,重心等。在本课题的研究中,目标函数是使主梁体积最小。
2)设计变量Design Variables:对于结构优化设计,结构方案是用一组结构参数来表达的。这些参数中,有一些是给定的,成为已知量。有一些是需要在设计过程中确定的,也就是需要设计的,称为设计变量。设计变量就是用来描述结构方案特征的独立变量。在本课题的研究中,设计变量为变截面板厚和鱼腹梁形状变量。
3)设计约束条件Design Constraints:从纯数学的角度讲,存在无约束优化问题;但在工程设计中,任何一个设计都是有条件限制的。这些限制条件在优化设计中称为约束条件。只有满足所有约束条件的设计方案才是可行方案。本研究中,设计约束条件为应力值小于许用应力100Mpa,同时位移值小于最大静挠度28.125mm。
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