塔式起重机起重臂的有限元分析及多目标优化

许觅婷，李　纳，谢天胜

（郑州大学 力学与工程科学学，河南　郑州　450001）



塔式起重机起重臂的有限元分析及多目标优化

许觅婷，李纳，谢天胜

（郑州大学 力学与工程科学学，河南郑州450001）

摘要：文章以轻量化和稳定性为目标，建立塔式起重机起重臂的优化模型，利用ANSYS软件及MATLAB遗传算法对3种工况下的优化设计进行了分析研究，计算得到臂架重量为2912.91kg，其与规范设计重量3472.73 kg相比，减轻了16.12%，且具有更高的安全性。这对大型塔式起重机结构的轻量化和安全性设计将有重要意义。

关键词：塔式起重机；起重臂；遗传算法；有限元；稳定性

近年来，塔式起重机在建筑行业得到广泛应用，并不断向大型化方向发展，但普遍存在自重大、结构布置不合理、稳定性差， 安全性低等缺点。有限元软件的应用为塔式起重机的优化设计提供了极大便利，但其主要以轻量化为研究目标，对安全性和稳定性的研究相对较少［1］，且算法不太适用大型构件；而MATLAB遗传算法可以弥补这一不足。本文以QTZ40塔式起重机为例，应用ANSYS对结构进行分析，并结合MATLAB遗传算法优化设计，得到满足塔机轻量化和稳定性的设计参数，以期为塔式起重机起重臂的多目标优化设计提供参考依据。

1　设计数学模型

结合起重臂的结构特点，将实际问题转化为由设计变量、目标函数和约束条件构成的数学模型。其中设计变量包括各构件的截面尺寸和拉索位置；约束条件包括截面尺寸、结构强度、挠度、稳定性、布置要求等；……