基于非线性弯曲的伸缩臂优化研究

论文摘要

汽车起重机具有机动灵活、转移速度快等特点,广泛应用于建筑、能源、化工、造船、物流等领域。伸缩臂是汽车起重机重要组成部分,其重量在整机重量中占有较大比重,其性能也是影响整机性能的主要因素。在满足强度、刚度、稳定性的条件下,降低伸缩臂重量,对于提高整机性能有重要意义。因此,本文基于非线性弯曲理论,采用优化设计方法对汽车起重机伸缩臂进行优化研究,具有理论意义及实用价值。伸缩臂是典型的薄壁、双向压弯、大柔度构件,受力复杂。非线性弯曲是在伸缩臂设计过程中必须要考虑的一个因素。本文采用逐步逼近算法,分析伸缩臂危险截面的挠度,从而为伸缩臂优化设计奠定基础。本文采用遗传算法对伸缩臂进行优化计算。在众多优化算法中,遗传算法具有自适应性、全局搜索性、无需梯度计算等特点,在解决多变量、多约束的工程问题上具有一定优势。在满足截面形状要求的基础上,以伸缩臂重量最轻为目标函数,以截面相关参数为优化设计变量,以伸缩臂力学性能和结构设计要求为约束条件,建立优化数学模型。采用惩罚函数法处理力学性能约束条件,设计合适的适应度函数；采用实值编码方式,提高算法的精度和全局搜索能力；编写C++ Builder优化程序。以QY70型汽车起重机五节伸缩臂为实例,对其截面参数进行优化。分析优化过程中每代平均适应度值和每代最佳个体对应的重量,结果表明算法中采用的终止准则的正确性。对最优解和原方案进行比较分析,结果表明相同约束情况下,优化后伸缩臂重量比优化前降低了12.6%（约919kg）,验证程序的有效性。本文的研究内容有助于提高伸缩臂的设计效率和设计水平,为汽车起重机伸缩臂的设计及计算提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 伸缩臂设计研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 2 基于非线性的伸缩臂力学性能分析
• 2.1 非线性弯曲概述
• 2.2 伸缩臂载荷
• 2.2.1 确定危险截面
• 2.2.2 变幅平面载荷
• 2.2.3 回转平面载荷
• 2.3 伸缩臂力学模型建立
• 2.3.1 变幅平面各臂节的力学模型
• 2.3.2 回转平面各臂节的力学模型
• 2.4 逐步逼近法挠度计算
• 2.5 强度及局部稳定性条件
• 2.5.1 强度条件
• 2.5.2 局部稳定性条件
• 2.6 腹板等效板厚计算
• 2.6.1 腹板屈曲分析的解析法
• 2.6.2 算法有效性验证
• 2.6.3 权重的确定
• 2.7 本章小结
• 3 伸缩臂遗传算法优化程序设计
• 3.1 遗传算法简介
• 3.2 优化模型
• 3.2.1 优化变量
• 3.2.2 目标函数
• 3.2.3 约束条件
• 3.3 遗传算法的实现
• 3.3.1 编码
• 3.3.2 约束条件处理
• 3.3.3 适用度函数确定
• 3.3.4 遗传算法基本操作实现
• 3.3.5 终止准则选择及算法参数确定
• 3.3.6 程序实现
• 3.4 本章小结
• 4 伸缩臂优化实例
• 4.1 实例概况
• 4.1.1 工况选取
• 4.1.2 载荷参数确定
• 4.1.3 伸缩臂已知参数
• 4.1.4 材料属性
• 4.2 程序界面
• 4.3 优化计算
• 4.3.1 算法参数确定
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 逐步逼进法挠度计算程序（变幅平面）
• 附录B 风载荷计算
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢