基于响应面法的无轨伸缩式门式起重机轻量化设计

依赖于传统经验方法的无轨伸缩式门式起重机结构设计往往趋于保守,材料浪费严重,为了充分发挥材料的承载性能,有必要对它进行优化分析。对无轨伸缩式门式起重机结构进行优化设计时,针对非线性接触模型计算不收敛与计算效率低等问题,提出以节点耦合模型代替接触模型来构建响应面近似模型,并将近似模型与多岛遗传算法相结合对结构参数进行优化。以某无轨伸缩式门式起重机各构件截面尺寸为初始设计变量,以结构强度、刚度、自重为模型响应,通过调用Isight平台中最优拉丁超立方设计方法产生设计变量样本点,再由试验设计（design of experiment,DOE）模块调用有限元分析软件ANSYS完成样本点模型仿真以筛选出对响应影响较大的设计变量。利用优选后的设计变量构建响应面近似模型,以结构强度和刚度为约束条件,门式起重机结构质量最轻为优化目标,采用多岛遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明：在保证结构性能的前提下,优化后门式起重机质量减轻23.4%,轻量化效果明显。所提出的优化策略可较快获得全局最优解,减少了计算量,为无轨伸缩式门式起重机结构改进提供了理论依据。     

移动式架车机伸缩托头-托架接触的有限元分析

采用基于接触对的非线性接触分析处理接触问题时,其分析结果更接近工程应用实际,但计算成本比较高且存在不收敛的情况。而自由度节点耦合分析不但能降低计算成本,而且能够保证一定精度。为了探究在一定误差范围内选用自由度节点耦合分析来替代基于接触对的非线性接触分析的可行性,以举升重量为15 t的移动式架车机为研究对象,在ANSYS软件中建立伸缩托头-托架的接触模型与节点耦合模型,在举升高度最大且伸缩托头完全伸出的工况下进行有限元分析,考虑接触刚度系数与摩擦因数对有限元分析结果的影响,分析了2种模型各接触区域等效应力的区别。通过比较2种模型的有限元分析结果可知,2种模型各接触区域的等效应力值存在一定的相对误差,且接触区域内2个接触面的相对滑动程度决定了接触分析的精度。对于精度要求不高的机械结构,可以考虑用自由度节点耦合分析来替代基于接触对的非线性接触分析。     

水电站门式起重机门架有限元分析专用软件

介绍了针对水电站门式起重机门架结构和受力特点而开发的门架有限元分析专用软件.与通用有限元分析软件相比.该软件针对性强.具有方便的前处理功能,数据准备量少.使用简单,为水电站门式起重机设计者提供了一个高效、实用的分析工具.     

大型门式起重机风荷载响应仿真分析

风荷载是起重机设计及运行时的重要荷载,近年来门式起重机呈现"大型化""柔性化"的发展趋势。大型门式起重机受其结构特性影响,对风荷载极其敏感,现行《起重机设计规范》仅通过风力系数及挡风折减系数对起重机迎风面的静风荷载进行界定,因而无法获得起重机各表面的风荷载分布情况。为解决这一问题,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对大型门式起重机的风场绕流特性进行仿真分析,并运用单向流固耦合方法将风荷载数据引入起重机计算结构力学模型并进行有限元分析,从而获得自然风场中大型门式起重机的风荷载响应,并将它与根据《起重机设计规范》计算得到的结果进行对比。结果表明:利用计算流体力学仿真分析得到的起重机整机风荷载与根据《起重机设计规范》计算得到的结果相近,但基于流固耦合方法所得的起重机结构应力大22.77%,结构应变大17.23%,这是因为自然风场中起重机各表面均受风荷载影响,而《起重机设计规范》仅对迎风面风荷载进行量化,忽略了流体在非迎风面产生的负压以及黏性力作用;门式起重机的主梁及支腿为串列结构,上游结构对下游结构有屏蔽效应,使得下游结构表面为负压,且屏蔽效应随着上下游结构间隔比的增大而减弱。研究结果可为起重机的设计校核提供参考。     

门式起重机发展现状及趋势分析

门式起重机作为物料搬运机械中的最主要的一种,起重范围可以从几吨到几十吨甚至几百吨,在机械制造、冶金、建筑、码头集装箱装运等行业中得到广泛的应用。本文对门式起重机钢结构设计理论及实践进行综述,分析了门式起重机发展现状及趋势。     

门式起重机改造的技术探讨

本文简要介绍了门式起重机的分类方式,改造中的刹车问题以及起重机发动机的保养技术。     

门式起重机轨道检验典型案例分析及对策

通过现场门式起重机检验案例分析,提出检验的重要性,根据检验工作中发现的问题,从设备存在的主要缺陷,分析问题的类型及原因,并提出适当的解决方法和防范措施.     

门式起重机动态及灵敏度分析

门式起重机在货场作业时会造成整机和局部的振动。为确保司机在操作过程中具有良好的舒适度和安全感,同时为保证起重机的正常使用寿命,需对起重机进行动刚度分析。利用ANSYS软件对实际约束状态下的起重机模型进行模态分析,获取满载自振频率。分析起重机进行动态特征灵敏度,确定薄弱环节,提出模型修改意见,为起重机结构设计优化提供部分理论基础和依据。     

浅析门式起重机变型设计

在基因重组的基础上,提出建立装配变形设计的思想。对所装配产品的变型设计原理和变型设计方法进行分析和研究,通过定义装配产品中零件对象的信息模型,建立零件之间的尺寸约束关系模型。以装配门式起重机的部件刚性支腿为研究对象,构建出模型并验证变型过程。     

门式起重机变速机轴断裂分析

大型门式起重机因变速机轴断裂致使起吊物料下坠而造成安全生产事故。通过宏观和微观分析方法对变速机轴断裂原因进行了分析,结果表明,变速机轴在长期服役运行过程中,因局部疲劳开裂并扩展而引发了瞬间脆性断裂,其断裂与轴的制造质量不高和长达50a（年）的服役时间有关。     

桥式龙门铣床横梁结构设计与优化

横梁作为桥式龙门铣床的主要运动部件，其结构设计的优劣直接影响机床整机的工作性能。为此，提出了一种基于正交试验设计、改进模糊综合评价和尺寸灵敏度分析的横梁结构设计与优化方法。针对横梁多因素多水平的结构设计特点，采用正交试验设计挑选出8种具有代表性的参数组合作为横梁结构设计方案。运用改进模糊综合评价法对有限元仿真数据进行处理，确定参数组合为"箱中箱式-井型-20 mm-线轨"的横梁优选方案，并对其关键设计尺寸进行灵敏度分析与优化，得到横梁结构具体的设计尺寸。优化后，横梁的静力学性能和抗振性能得到明显改善，并实现了轻量化设计，对机床横梁的实际制造起到了指导作用。研究结果表明，所提出的横梁结构设计与优化方法具有较强的工程实用性，为数控机床其它关键零部件的设计提供了新思路。     

An adaptive finite element approach for frictionless contact problems

The derivation of an a posteriori error estimator for frictionless contact problems under the hypotheses of linear elastic behaviour and infinitesimal deformation is presented. The approximated solution of this problem is obtained by using the finite element method. A penalization or augmented‐Lagrangian technique is used to deal with the unilateral boundary condition over the contact boundary. An a posteriori error estimator suitable for adaptive mesh refinement in this problem is proposed, together with its mathematical justification. Up to the present time, this mathematical proof is restricted to the penalization approach. Several numerical results are reported in order to corroborate the applicability of this estimator and to compare it with other a posteriori error estimators. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

A yield‐limited Lagrange multiplier formulation for frictional contact

An analogy with rigid plasticity is used to develop a constitutive framework for quasi‐static frictional contact between finitely deforming solids. Within this setting, a Lagrange multiplier method is used to impose a sharp distinction between stick and slip. The scope of the multipliers is limited by a constitutively defined ‘yield’ function and a finite element‐based predictor–corrector scheme is employed to efficiently determine the regions of stick and slip and the associated tractions. Selected simulations of planar quasi‐static problems are presented to validate the method and illustrate its capabilities. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Frictional contact analysis of composite materials

In this paper, the highly non-linear frictional contact problems of composite materials are analysed. A proportional loading, the potential contact zone method and finite element analysis are used to solve the problems. A tree-like searching method is used to obtain the solution of the parametric linear complementary problem, which may overcome the anisotropic properties of contact equations caused by composite materials. In the frictional contact analysis of composite materials, the distributions of normal contact pressures, tangential contact stresses and relative tangential displacements are presented for different contact material systems and different coefficients of friction. The results show that the solutions in the paper have good agreement with Hertzian solutions. The influence of different contact material systems and different coefficients of friction on the contact stresses and displacements is large. As a numerical example, ball-indentation tests of composite materials are modelled by the three-dimensional finite element method.     

A novel three‐dimensional contact finite element based on smooth pressure interpolations

This article proposes a new three‐dimensional contact finite element which employs continuous and weakly coupled pressure interpolations on each of the interacting boundaries. The resulting formulation circumvents the geometric bias of one‐pass methods, as well as the surface locking of traditional two‐pass node‐on‐surface methods. A Lagrange multiplier implementation of the proposed element is validated for frictionless quasi‐static contact by a series of numerical simulations. Published in 2001 by John Wiley & Sons, Ltd.     

电连接器接触件应力场的数值分析与试验验证

利用ANSYS对某型号电连接器接触件应力场进行分析,以寻找应力变化规律.对接触件应力场分布特点、插孔形变、接触压力随温度升高的变化规律进行了仿真研究,并进行数据分析与接触压力的试验验证.结果表明:随着温度升高,插孔最大形变量增加,最大接触压力和接触压力区域都有所减少;尺寸较小的接触件插孔槽缝底部最大等效应力随温度升高增幅较大,交变载荷作用时易出现疲劳、破裂等,属产品失效薄弱点.通过分析得知最大等效应力值随温度上升而变化的趋势取决于温度软化效应和热应力增强作用的综合结果;仿真结果能较好地反映电连接器的工作应力状态,接触压力试验验证了有限元仿真方法的可行性.