异形高耸专用塔机动载响应分析及多目标优化

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1、分类号学号1207210713西安建筑科技大学学位论文异形高耸专用塔机动载响应分析及多目标优化作者董元博指导教师姓名原思聪教授申请学位级别硕士专业名称机械设计及理论论文提交日期2015.6论文答辩日期2015.6学位授予单位西安建筑科技大学答辩委员会主席评阅人西安建筑科技大学硕士学位论文异形高耸专用塔机动载响应分析及多目标优化专业：机械设计及理论硕士生：董元博指导教师：原思聪教授摘要异形高耸专用塔机是由中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院设计并投入试制的一种新型起重升降综合装备。其主要施工对象为火电厂冷却塔、高速公路索塔、烟囱等垂

2、直高度大、外形不规则的建筑，用以解决普通塔机在此类建筑施工中存在的设备利用率低、工作半径局限等问题。由于新结构的塔身标准节省去了端面斜腹杆，且施工平桥的爬升会使整机的迎风面积变的很大，这就使得塔机在瞬态力的作用下容易引起较大的冲击振动，影响到工作稳定性。本文以复杂动载荷作用下的结构响应情况和稳定性为主要研究内容，对异形塔机进行了有限元分析和优化设计。在分析异形高耸塔机主要结构组成和功能特点的基础上，利用APDL语言对金属结构进行了参数化建模。基于此模型，对异形塔机进行了不利工况下的静力分析，同时完成了模态分析及谐响应分析。针对风载

3、荷中的脉动成分，采用线性滤波法对不同高度处的风速时程进行模拟，并将结果导入ANSYS中进行瞬态动力学分析，探究其产生的振动效果以及对塔机强度和稳定性的影响。此外，通过等效惯性矩法把塔身格构式结构等效为实腹式结构，计算出塔身不同高度时的屈曲临界载荷，并与ANSYS非线性分析得到的结果进行比较，得出较为可靠的异形塔机极限载荷值。以异形塔机关键模态频率最大、动载系数最小、质量最轻为设计目标，构建iSIGHT与ANSYS多目标联合优化平台。通过ANSYS中的灵敏度分析，确定响应值较大的结构参数为设计变量。优化过程采用非支配排序遗传算法(N

4、SGA-II)，最终得到Pareto非劣解集。优化结果反应出了各优化目标之间的影响关系，为设计静动态性能皆优的起重机金属结构提供了参考。关键词：异形高耸塔机；APDL；脉动风载荷；屈曲稳定性；iSIGHT___________________本研究得到国家“十二五”科技支撑计划项目资助（项目编号：2011BAJ02B02-02）西安建筑科技大学硕士学位论文DynamicResponseAnalysisandMulti-objectiveOptimizationDesignofUnconventionalDedicatedTower

5、CraneSpecialty:MechanicalDesign&TheoryName:DongYuanboInstructor:Prof.YuanSicongAbstractUnconventionalDedicatedTowerCraneisanewkindofintegratedliftingequipmentwhichwasdesignedandtrialmanufacturedbyInstituteofBuildingMechanizationChinaAcademyofBuildingResearch.Itismainl

6、yusedfortheconstructionofhigh-risingbuildings,suchascoolingtower,cablebenttowerandchimneywhichwithunconventionalappearance.Towercranesoftraditionalstructureshowsmanyquestionsduringtheconstructionofthesebuildingsbecauseoftherestrictedworkingscopeandlowavailability,whil

7、ethenewequipmentnot.Nevertheless,thenewstructurealsoexistsomeproblems.Forexample,therearenoinclinedwebmembersonthecrosssectionoftowerbody,whichresultsinalackofstructuralstability.Inaddition,withtheincreaseinheightofthebridge,thewindwardareaofthecranebecominglarger,tha

8、twouldleadstostrongimpactsandvibrations.Thisarticlemainlytalksaboutthestructuralresponseandtheworkingstabilityofthecraneunde