桥式起重机主梁端部优化方法研究

Abstract：During the periodical inspection ofthe crane’s metd structure.cracks were oftenfound the weld ofthe transition arc region the end of the main girder.So.it is necessary to consider the fat~e pe~ormance about this alva n the lightweight designing ofthe main girder.A new optimization method which employs the hot spot stress method to evaluate the g properties about the trans#wn ale region the ends of the main girder琊proposed.The related hot spot stress concentrationfactorformula was obtained byfinite element simulation.Taking the mOSS ofthe structure aS the design and the fatigue strength of the transition ale segment of the main girder∞ a new constraint.together with conventional constraints like the static strength，the stiffness and the stability，the ofitimization modelfor the box lno~n girder was estab lished.Th e computing experiments bosed on Matlab show that the resuh will get higher reliab ility in the lightweight optimization如5 withfatigneproperties considered

1引言

起重机主梁轻量化是减少原材料消耗、降低生产成本、节省能源的有效措施。轻量化一般有2个途径，一是采用低密度的轻质材料;二是进行结构优化设计，在保证各项性能要求的前提下减轻其质量。前一种方法因为涉及材料成本和加工工艺等问题，因此在起重机金属结构中并不多见，后者则一直是研究人员关注的热点问题。文献lll利用对比梯度法(GRG2)对桥式起重机进行参数化建模，采用传统应力约束对其轻量化设计，并将设计结果进行有限元仿真。文献[21在弯曲应力的基础上加入局部板稳定性约束，并采用了多目标优化方法对箱形主梁进行优化分析。

文献口噪用现代设计方法对LDA单梁桥式起重机的主梁进行优化计算，采用传统的手工计算方法对优化模型中没有涉及的复杂性能指标进行校核，最后建立有限元模型计算出并分析垂直下绕和工字钢轨道下翼缘板的局部弯曲应力。文献利用MATLAB优化工具箱函数解决设计变量中既有连续变量又有离散变量的难题，给出求解混合变量的程序设计方法，对主梁的各截面参数进行优化设计。

上述研究中，研究人员一般都把主梁跨中下盖板翼缘边缘的正应力作为强度的控制指标，有些研究中也会考虑主梁端部的腹板剪应力，这和通常的主梁结构静强度计算方法是一致的。然而，主梁结构是一种典型的焊接结构，在交变载荷的作用下，其破坏往往表现为焊缝区域的疲劳破坏。在生产现场，主梁跨中出现裂纹的情况并不多见，主要因为该位置具有较大的疲劳强度余量。相反，主梁端部的变截面过渡区域由于具有较大的应力集中和几何突变，常常出现疲劳裂纹。为此，充分考虑主梁端部变截面过渡区域焊缝部位的疲劳特，对研究主梁焊接结构的轻量化设计问题具有较大的研究意义和应用价值。

针对桥式起重机的箱形主梁的焊接结构轻量化问题，考虑端部变截面区域的疲劳特性，提出了一种基于热点应力法的轻量化设计方法。