Pro/E+Hyperworks桥式起重机的主梁截面优化设计(2)
1.1.3 桥式起重机的主要参数
（1）起重量：又称为额定起重量，它是指起重机实际允许的起吊最大负荷量，通常以吨作为单位；
（2）跨度：起重机主梁两端车轮中心线间的距离，即大车轨道中心线间的距离，以米作为单位；
（3）起升高度：吊具或抓取装置的上极限位置与下极限位置之间的距离，可称为起升的最大高度，以米作为单位；
（4）起升速度：起升机构在电动机的额定转速时，取物装置上升的速度，以米/分作为单位；
（5）运行速度：运行机构在电动机额定转速下运行的速度，以米/分作为单位；
（6）重量：起重机本身的重量，以吨作为单位；
（7）外型尺寸：指起重机长、宽、高的尺寸，以米作为单位；
（8）工作类型：起重机各机构按照其载荷率和工作繁忙程度划分为轻级、中级、重级和超重级四种工作类型[4]。
1.2 研究背景和意义
目前，我国起重机械设计观念陈旧,对于起重机械节能和经济性重视不够，导致目前我国在用起重机械金属结构体积庞大，机构传动效率低，驱动功率大，能耗严重。桥架是桥式起重机的主要承载结构，它不仅承受着满载小车的轮压作用，还要通过支承桥架的大车运行车轮，将满载起重机的全部重量传递给了厂房轨道及建筑结构。桥式起重机桥架一般占起重机自重的60%以上[5]。采用合理的桥架构造形式以减轻自重，其意义不仅在于节约本身耗材及降低成本，同时还因减轻了厂房建筑结构的受载而节省基本建设的费用。加强对桥式起重机的研究和改进，促进其不断发展，必将对生产加工企业乃至整个国民经济产生巨大的推动作用。因此对其进行研究，改进其结构使其更加合理，使用更加方便，成本更加低廉，具有重要的现实意义。
1.3国内外研究现状
1.4 本文研究内容和方法
桥式起重机主梁几何模型由三文软件Pro/e建立，导入CAE软件hyperworks进行分析和优化。在几何建模时简化螺栓，小孔等细小结构，并尽量保证钢板的连续，去除在分析中不重要结构。由于各板长度远大于板厚，因此采用壳单元建立有限元模型，以减少网格，提高计算效率。主梁各板间用刚性连接模拟焊接，即各板的相交单元间共节点，以简化模型。在满足起重机强度、静刚度、模态的要求下对其进行结构优化。结构优化设计有三要素，即设计变量、目标函数和约束条件。设计变量是在优化过程中发生改变从而提高性能的一组参数。目标函数是要求的最优设计性能，是关于设计变量的函数。约束条件是对设计的限制，是对涉及变量和其他性能的要求。
本研究的优化内容为通过对箱型主梁的板厚进行尺寸优化，来实现主梁截面的优化设计。尺寸优化通过hyperworks中自带的optistruct功能实现。设计变量为箱型主梁的各块板厚，目标函数为箱型主梁的总体积，约束条件为起重机的强度、刚度和低阶频率。
2 有限元法和优化设计概述
2.1 有限元法概述
2.1.1 有限元法简介
有限元法的基本思想课概括为“先分后合”或“化整为零又积零为整”。具体地说：先将连续的求解域离散为有限个单元体，使其只在有限个制定的节点上相互连结；然后对每一个单元选择一个比较简单的函数，近似表达单元的物理量，如单元的应力或位移，并基于问题描述的基本方程建立单元节点的平衡方程组；再把所有单元的方程组集成为整个结构力学特性的整体代数方程组；最后引入边界条件求解代数方程组而获得数值解，如结构的应力分布和位移分布等。其基本假定有：