文档介绍：吨岸边集装箱装卸桥结构优化设计张氢 1 孙国正 2 卢耀祖 1 1 同济大学机械学院机械系上海 200092 2 武汉交通科技大学机械与材料学院武汉 430063 摘要:本文介绍了利用 APDL 语言进行 吨港口集装箱岸桥结构优化设计的方法。优化的目标函数为结构自重最轻,约束函数中包括了多个工况,不但具有强度和静刚度约束,而且还包括对结构三个固有频率的约束。优化计算过程和结果可供相关人员参考。关键词:装卸桥;金属结构;优化设计;有限元分析 0概况随着航运的集装箱化, 岸边集装箱装卸桥( 岸桥) 在整个集装箱装卸工艺中起着越来越重要的作用。由于集装箱岸桥工作跨度大, 装卸速度很高, 使得这类机械的自重非常大而刚度却较差。为了降低制造成本、提高产品性能, 并降低码头负荷, 迫切需要对装卸桥进行优化设计。从结构上说, 岸桥可以视为空间杆梁混合结构, 利用有限元分析技术对其整机结构进行分析计算并不困难。但由于它是复杂的超静定空间结构, 使得设计人员根据实际需要确定各构件尺寸, 从而调整整机应力分布和各部分刚度非常困难, 尤其当对装卸桥整体有动刚度要求时更不易着手。以往由于缺乏高可靠性易于使用的商业化结构优化软件, 实际设计中对其进行优化设计一直较困难。本文主要讨论利用 ANSYS 进行装卸桥结构优化。优化计算包括了两种静力分析工况及对装卸桥动态特性工况的约束要求, 优化目标为整机结构自重最轻。结合 ANSYS 所提供的优化方法及 APDL 语言所具有的较强的参数化分析功能,从而较好地实现了装卸桥的优化设计。通过参数化, 可以实现对相同拓扑形状、不同设计参数的装卸桥进行优化设计, 这对于时效性较强、不可能对大量方案进行人工评价的投标设计尤其重要。 1 集装箱岸桥优化模型 , 采用梁单元和杆单元的混合结构模拟该机的整机结构。实践也表明采用杆、梁混合结构能够较好地反映结构整体的振动及位移情况。 集装箱岸桥的整机有限元分析模型见图 1 所示。该装卸桥的主要设计参数是:额定起重量 吨,集装箱提升速度为 50m/min ,小车运行速度 160m/min ,轨距 26m ,跨距 ,小车轨道高度 ,前伸距为 44m ,后伸距为 14m 。该模型的基本情况如下:①节点数: 58; ②单元数: 74;③单元种类:2, 分别为 BEAM 4 和 LINK8 ;④单元自由度耦合集: 44 。在模型中,装卸桥的前拉杆是铰接结构以便其前桥上下俯仰。如果忽略拉杆的自重( 与其受力相比很小) 则可以被视为二力杆, 因此在实际模型中用杆单元模拟。结构中其余结构件均用梁单元以反映所承受的弯矩。由于装卸桥是可以俯仰的, 因此其前桥与后桥是用铰接结构连接的。为了较好地模拟梁单元间的铰接关系, 在此采用了 ANSYS 所提供自由度耦合(DOF Couples) 功能。同样前、后桥都分别固定连接到岸桥的海侧和陆侧门框上。图 1 t岸边集装箱装卸桥有限元分析模型 计算工况及相应载荷 1. 计算工况: 整机分析的工况分为三种见表 1。表 1计算工况说明序号小车位置有无动载 1满载,位于最大前伸距(最大幅度)有 2满载,位于最大后伸距有 3整机结构动