卡尔多炉炉体吊具主梁结构分析与优化设计

《卡尔多炉炉体吊具主梁结构分析与优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中文摘要摘要现代设计技术不断发展，在追求产品轻量化设计的同时，设计的创新性和经济性得到了越来越多的关注，结构优化设计也成为一个迅速发展的设计领域，它使得设计人员可以更主动的进行创造性设计。卡尔多炉炉体吊具完成对卡尔多炉的夹取、运送、卸载等多项工作，主梁是整个结构的主要承载部件，其结构形式对炉体吊具的力学性能和工作性能都有很大影响。目前国内对炉体吊具的设计多采用传统设计方法，局限于对结构做有限元强度分析校核，并根据经验进行钢板尺寸优化等，未能对结构进行拓扑优化和形状优化，没有形成完整的优化设计流程，很

2、难从根本上改进原结构，也不能获得真正意义上的最优设计。本文选择卡尔多炉炉体吊具主梁的结构分析和优化设计为研究课题，首先以实体单元建立卡尔多炉炉体吊具主梁的有限元模型，通过静强度分析、稳定性分析和约束模态分析，了解炉体吊具主梁的结构特性，找到结构薄弱部位，以及强度盈余较大部位，指导后续的结构优化设计。由于组成炉体吊具主梁的钢板其壁厚与构件长度相比很小，也适合选用壳单元来模拟，因此本文通过实体单元和壳单元两种有限元模型计算结果的对比，确保实体单元有限元模型的分析结果可靠有效。本文采用Altair公司开发

3、的优化软件Optistruct，对炉体吊具主梁的设计从拓扑优化、形状优化，再到尺寸优化，完成从总体框架设计到细节结构优化设计的过程，最终获得满足设计要求的优化设计方案。本文获得的卡尔多炉炉体吊具主梁的优化设计方案已经被企业采纳，并用于工程实际。最后，本文采用渐进结构优化方法（ESO）对卡尔多炉炉体吊具主梁结构进行了拓扑优化。渐进结构优化方法（ESO）因其思想朴素、效果明显、易于实现成为结构拓扑优化领域中新的研究方向。目前方法的研究成果多偏于理论方面，工程应用成果不多。本文将ESO方法应用于工程实际，

4、获得具有应用价值的成果。并将采用Optistruct软件和ESO方法两种优化手段的拓扑优化结果进行对比分析，确保优化设计方案的可靠性。关键词：卡尔多炉，炉体吊具主梁，拓扑优化，渐进结构优化（ESO），有限元方法I重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACTModerndesigntechnologyisconstantlydeveloping.Inthepursuitofthelightweightdesign,designersalsoarepayingmoreandmoreattention

5、tothedesigninnovationandcost.Thestructuraloptimizationdesigncomestobearapidlydevelopingdesignarea,whichmakesthedesignersmoreactivelyundertakecreativedesign.TheKaldorFurnacespreaderismainlyusedtogrip,transportandunloadtheKaldorFurnaceduringtheoperation.

6、Themainbeamistheimportantbearingcomponentinthewholestructure.Themechanicalpropertiesandperformanceinthespreaderaresignificantlyinfluencedbythemainbeamframe.NowthetraditionaldesignmethodsaregenerallyusedtodevisetheKaldorFurnacespreaderinthedomestic,butt

7、hesemethodsareonlyengaginginthestructurefiniteelementstrengthanalysis.Exceptforthis,thesizeoptimizationofsteelplateismerelyanalyzedbythedesignerexperience,andthetopologyoptimizationandshapeoptimizationarenotdoneinthestructure.Andtheoriginalstructureish

8、ardlyimprovedwithouttheintactoptimizationdesignflow.Asaresult,theultimateoptimizationdesigncannotcometobeture.Inthispaper,theresearchselectedthestructureanalysisandoptimizationdesignofthemainbeamoftheKaldorFurnacespreader.Firstly,thefin