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摘要： 为确保100 t伸缩臂履带式起重机臂架结构设计的合理性，采用壳单元建立该起重机的有限元模型，用ANSYS计算臂架结构应力和应变，得到臂架的应力和应变分布，验证臂架的强度和稳定性.在起重机性能满足要求的情况下，以减轻结构自重为优化目标，以截面尺寸为优化设计变量，用ANSYS对臂架进行优化设计.优化设计后的臂架满足设计规范，臂架截面尺寸缩小、自重降低，整机性能得到提高.
关键词： 履带式起重机； 伸缩臂； 强度； 稳定性； 有限元； ANSYS
： B
Design and optimization analysis on boom structure of
100 t telescopic boom crawler crane
WANG Zhenbing， LI Aimin
(School of Mechatronic Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China )
Abstract： To ensure the structure design rationality of 100 t telescopic boom crawler crane, the f
Key words： crawler crane; telescopic boom; strength; stability; finite element; ANSYS
起重机是工矿企业广泛使用的一种起重运输机械,臂架是主要承载构件,其设计是否合理直接影响起重机的承载能力、整机稳定性和整机自重等.纵观国内外流动式起重机臂架设计,大多采用的臂架截面形式是多边形截面.采用传统力学方法设计的起重机臂架,不但计算复杂,而且计算精度较低；设计时往往采用较大的安全因数, 浪费材料，导致设备笨重.因此,减轻起重机臂架自重对提高整机经济技术指标有重要意义.
有限元优化设计与通常的机械优化设计相比更精确、简捷，一方面可避免繁琐的编程工作;另一方面,优化过程中可提取应力集中处的最大应力,并以此为约束条件满足设计要求.［1］本文首先叙述伸缩臂的结构模型，然后用ANSYS对起重机臂架进行应力、应变分析，最后以ANSYS为工具,臂架结构自重为优化目标,强度、刚度为约束条件,对起重机的臂架进行有限元优化设计.
(1)各板厚度方向的位置以板厚度中分面位置确定；
(2)对于圆形板和圆弧板，采用正多边形进行网格划分；
(3)为保证焊接工艺而设计的板边缘对计算结果影响很小，故在建立有限元模型时可不予考虑；
(4)在两个相连臂节间滑块处建立耦合，模拟臂节间连接.
关键词： 履带式起重机； 伸缩臂； 强度； 稳定性； 有限元； ANSYS
： B
Design and optimization analysis on boom structure of
100 t telescopic boom crawler crane
WANG Zhenbing， LI Aimin
(School of Mechatronic Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China )
Abstract： To ensure the structure design rationality of 100 t telescopic boom crawler crane, the f
摘自：毕业论文选题www.udooo.com
inite element model of 100 t telescopic crawler crane is built by shell element, the stress and strain of the boom structure are calculated by using ANSYS, then the stress and strain distributions of the boom are obtained, and the strength and stability of the boom are verified. Under the condition that the crane performance meets the requirements, taking the decrease of structure dead weight as optimization object and section dimension as optimization design variable, the boom is optimized and designed by using ANSYS. The boom meets design code after optimization and design, the boom section dimension and dead weight are reduced, and the performance of the whole structure is improved.Key words： crawler crane; telescopic boom; strength; stability; finite element; ANSYS
起重机是工矿企业广泛使用的一种起重运输机械,臂架是主要承载构件,其设计是否合理直接影响起重机的承载能力、整机稳定性和整机自重等.纵观国内外流动式起重机臂架设计,大多采用的臂架截面形式是多边形截面.采用传统力学方法设计的起重机臂架,不但计算复杂,而且计算精度较低；设计时往往采用较大的安全因数, 浪费材料，导致设备笨重.因此,减轻起重机臂架自重对提高整机经济技术指标有重要意义.
有限元优化设计与通常的机械优化设计相比更精确、简捷，一方面可避免繁琐的编程工作;另一方面,优化过程中可提取应力集中处的最大应力,并以此为约束条件满足设计要求.［1］本文首先叙述伸缩臂的结构模型，然后用ANSYS对起重机臂架进行应力、应变分析，最后以ANSYS为工具,臂架结构自重为优化目标,强度、刚度为约束条件,对起重机的臂架进行有限元优化设计.
1 伸缩臂履带式起重机臂架结构简介
所设计的伸缩臂履带式起重机是6节伸缩式结构，臂架由6节臂组成，具体结构见图1.其中，基本臂1与转台通过销轴铰接，并且在中下部与变幅油缸7铰接.伸缩臂2～6靠伸缩油缸支撑在基本臂内，通过滑块8导向；伸缩臂通过基本臂内部油缸9的伸出和回缩实现臂架伸缩.臂架采用全液压控制，具有结构紧凑、体积小等特点.根据人们对各种截面形式的优化改进,本文采用大圆角槽形截面设计臂架，臂架截面见图2.2 有限元分析 2.1 臂架有限元建模
由于臂架有限元模型复杂，面与面之间相互不独立，传统CAD软件建立的模型在导入ANSYS时容易出错，本文直接在ANSYS中建立模型.建模过程采用自顶向下与自底向上相结合的方式，根据臂架的几何尺寸和实际板厚，以板厚度中分面位置建立模型，模型的其他尺寸完全按照图纸设计并根据实际情况适当简化结构，同时遵循以下原则：(1)各板厚度方向的位置以板厚度中分面位置确定；
(2)对于圆形板和圆弧板，采用正多边形进行网格划分；
(3)为保证焊接工艺而设计的板边缘对计算结果影响很小，故在建立有限元模型时可不予考虑；
(4)在两个相连臂节间滑块处建立耦合，模拟臂节间连接.
2.2 单元类型和网格划分
对已经建立好的三维有限元模型需定义单元属性，包括定义单元类型、实常数和单元材料属性等.本文所用材料参数如下：弹性模量为2.1×1011Pa，泊松比为0.3，密度为7 800 kg/m3.
定义单元类型为SHELL 63单元，其具有弯曲能力和膜力，可以承受平面内载荷和法向载荷.该单元的每个节点具有6个自由度，提供与单元刚度矩阵和几何刚度矩阵有关的运算，能较好地适应本文的研究情况.节点之间采用MAS 21单元相连.摘自：本科毕业论文范文www.udooo.com