基于优化思路的港口岸边集装箱起重机结构的参数化设计及其动态特性分析和控制

来源 :上海海事大学 | 被引量 : 14次 | 上传用户:jiooalpkla
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随着航运的发展,对港口岸边集装箱桥式起重机(以下简称岸桥)结构的要求越来越高。集装箱船船型的不断增大导致岸桥外伸距急剧加大。这给岸桥的发展带来了两个问题:1.设计问题。目前已经有不少设计部门采用有限元软件进行分析,但基本上采用的是手工—软件对话方式,即手工建模、手工提取分析结果,虽然从一定程度解决了计算问题,但仍有很大缺点:首先是建模和结果分析效率非常低下,不但建立模型、提取计算结果麻烦,而且岸桥结构模型计算显得非常的孤立,无法自动循环计算,优化设计无从谈起;其次不能通过CAE(计算机辅助计算)来主导CAD(计算机辅助设计),使得岸桥的计算仅仅沦为设计的校核部分。这样导致结构设计对经验的依赖极强,而极度依赖经验在一定意义上来讲就意味着保守,结果使得岸桥的结构越来越笨重,造成材料浪费和轮压过大(进而导致码头的造价过大),从而制约了岸桥结构大型化的发展。2.振动问题,这是目前大型岸桥投入实际使用中出现的比较突出的问题。岸桥大型化但自重却受到严格限制(码头方面限制),这样岸桥结构越来越柔性化成了必然趋势,导致振动加剧。所以无论从结构安全上还是从保证岸桥的工作效率和操作人员舒适度上来讲,控制振动都非常有必要。 针对第一个问题,本文量化计算经验并结合计算机数据库原理和现代优化设计方法,创造了一套岸桥优化设计系统:利用VB编程来调用数据,组织数据传递和计算工作,用Excel表格来存储数据,建立起一个核心的数据表格,再对有限元软件ANSYS进行了二次开发,设计了数据输出输入传递接口。通过以上各种措施,非常好地解决了效率低下的问题,在一定程度上实现了优化设计,对大型岸桥结构设计具有非常强的实用性。并在此基础上提出了将工程经验与该系统结合起来指导设计的新的岸桥结构设计思路。 针对第二个问题,通过各方面分析比较,本文采用了目前在土木工程的高耸结构上用得比较多的质量调频阻尼器——TMD减振器。借鉴第一个问题解决方法和思路,本文研究了TMD减振器控制岸桥结构振动的具体方案和TMD的参数的优化设计。动态分析中主要分析两种机型:单箱梁岸桥和双箱梁岸桥(均为参数化模型建模)。作为TMD控制振动的前期工作,对它们分别进行模态分析计算,比较它们的动态差异,通过计算分析,发现其结果与实际是非常吻合的,说明模型和选择的模态算法符合实际。最后,结合前面的模态分析结果,运用控制基本理论,再借鉴一些工程上的减振经验,使用TMD分别对这两台起重机进行结构振动控制。TMD优化设计主要有两个方面:一个是TMD自身的参数,另一个是TMD的安装位置。前者通过程序搜索最佳,后者根据振动控制理论和工程上的经验以及工程实际的需要来综合考虑。通过对模型的仿真运算分析,发现TMD的控制效果是非常好的。
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