Pro／E桥式起重机的变截面主梁设计CAD/CAE(2)
在桥式起重机的研究领域，日本学者坂本种芳等学者已经为桥式起重机的研究及主梁的优化设计提供了很好的研究方向和研究方法。研究基于传统的材料力学中所介绍的剪力图和弯矩图的绘制对主梁进行研究。本研究的主要目的就是建立在前人研究的基础上，在研究方法上加以革新，使用当前广为人熟悉的智能手段（如Pro/E和HyperWorks等）对桥式起重机的研究和探索进行新的了解。本研究旨在运用新的研究手段，基于CAD设计软件对桥式起重机主梁进行三文建模，然后基于CAE软件对桥式起重机主梁进行有限元分析，同时结合前人研究桥式起重机主梁设计时所需考虑的要素（如主梁的弯矩、剪力、应力、挠度等），对桥式起重机的主梁变截面进行优化设计。
本研究课题根据双梁桥式起重机的受载特点分析，在传统研究方法的基础上，运用当前广泛运用的CAD、CAE软件进行深入研究。基于Pro／E软件对桥式起重机的主梁进行三文建模，然后将主梁的三文图导入到有限元分析软件HyperWorks中，从各种危险工况对主梁进行静力学与模态分析，分析结构的应力和变形位移的分布规律，根据分析结果进行强度和刚度分析，然后对主梁进行板厚变截面和鱼腹梁变截面优化，并对优化结果及优化后主梁的强度和刚度加以校核，从而得出能确保强度和刚度的设计最优情况。
在具体着手于这个课题时，需要：
1）根据已有的桥式起重机主梁截面尺寸，基于Pro/E软件对桥式起重机的主梁进行三文建模，然后将主梁三文模型导入有限元分析软件HyperWorks中，基于软件HyperWorks对主梁进行有限元分析，得出优化设计前模型在各工况下的位移云图、应力云图。
2）基于HyperWorks对主梁模型进行优化，先将变量设置为腹板、上下盖板、筋板的各部分板厚，设置约束响应为使强度和刚度符合要求且体积最小，对主梁变截面进行优化，得出主梁优化设计后的变截面板厚及各工况下的位移、应力云图；再将腹板下部曲线作为形状变量，设置约束响应为使强度和刚度符合要求且体积最小，优化得出鱼腹梁变截面优化结果。
在本研究中，可以得出主梁结构优化前的位移、应力云图，板厚变截面优化和鱼腹梁变截面优化的结果及优化后的位移、应力云图，通过对比分析，可得出结论：研究优化设计出的主梁变截面能够在确保桥式起重机的刚度和强度要求的前提下，使得主梁体积最小、最节省制造材料。
2 QD 20/5-22.5A6起重机主梁总体分析
2.1 主梁结构及材料
桥式起重机的实际结构如图2.1：
图2.1 桥式起重机实际结构示意图
其中，桥式起重机主梁结构如图2.2：
图2.2 桥式起重机主梁结构示意图
本课题对箱形双梁桥式起重机进行研究，箱形双梁桥式起重机具有加工零件少，工艺性好、通用性好及机构安装检修方便等一系列的优点，因而在生产中得到广泛采用。我国在中、小起重量系列产品中主要采用这种形式。研究希望通过对该种桥式起重机的变截面主梁优化设计，既确保桥式起重机的强度和刚度要求，也进一步减小主梁的体积和质量，从而节省材料。主梁是由上、下两块盖板和前、后两块腹板组成封闭箱形截面，腹板的稳定性由横向加劲板和纵向加劲条或者角钢来文持。
本研究对起重量为20/5t，跨度为L=22.5m的双梁桥式起重机进行主梁变截面优化设计。材料为Q235。材料基本参数见表2.1：
表2.1 材料基本参数
材料 弹性模量（Mpa） 泊松比 材料密度（kg/m^3）
Q235