基于有限元法的门机结构模糊随机可靠性应用研究

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1、国内图书分类号：ＴＨ２１３．５西南交通大学研究生学位论文模糊随扭豆靠蛙廑用硒究生姓申请学位级别工堂亟±二００七年四月西南交通大学硕士研究生学位论文第１页摘要结构可靠性理论与方法己广泛应用于工程领域并取得了较大成就，但起重机设计（塔机除外）大多数停留在传统的安全系数法设计阶段。作为一类典型的特种装备，起重机的可靠性直接关系到多个领域的安全生产，而设计理论与方法趋于保守且进展缓慢。针对这一现状，本文在研究经典可靠性理论与模糊可靠性理论的基础上，总结以往门式起重机金属结构（以下简称门机结构）有限元分析的经验，提出了适用于门机结构的模糊随机分析理论与方法。本论文的主要内容：讨论了

2、经典可靠性理论的常见计算方法和局限性，阐述了在结构可靠性分析中引入模糊理论的必要性和可行性；将有限元方法与可靠性理论相结合，提出了采用数值仿真分析复杂结构可靠性的理论与方法；根据起重机的传统设计方法，从门机结构的技术状态出发ｊ讨论丁门机结构设计中存在的不确定因素，提出了针对门机结构的模糊随机分析理论与方法；从门机结构有限元分析常用的单元出发，讨论了如何建立合理的门机结构有限元模型，并以实例为证探讨了一系列的简化规则；在总结门机结构有限元分析特点的基础上，结合、，Ｂ和ＡＮＳＹＳ两大软件进行“门机结构参数化有限元分析”的二次开发，探讨了开发过程中的一些关键问题及其解决方法，并

3、以某ｕ型起重机为例，论证了软件的实用价值；研究了应用ＡＮＳＹＳ可靠性分析模块进行门机结构模糊随机可靠性分析的理论与方法；最后，在总结现有门机结构疲劳分析理论的基础上，提出了应用ＡＮＳＹＳ进行门机结构疲劳分析和寿命预测的方法。关键词门式起重机；模糊可靠性；有限元方法：二次开发西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的

4、主要创新点如下：（１）将模糊理论、可靠性理论与有限元法相结合，提出适于门机可靠性分析的模糊随机分析方法，比经典的随机可靠性分析能得到更多的有用信息，在理论和方法上具有先进性。（２）本文基于一次二阶矩统计方法，综合应用有限元软件计算门机结构可靠度，计算成本较低，可操作性强，在工程精度允许范围内能得到较为合理的结果。（３）提出并论证了门机结构有限元模型的系列简化处理规则，为同类应用提供了参考。（４）利用ＶＢ开发ＧＵＩ界面的便捷性，结合现代商业有限元软件进行门机结构参数化有限元分析的二次开发，实现快速建模、全面分析和优化设计等过程，能在设计阶段和使用阶段为相关人员提供丰富合理的

5、参考信息，符合现代设计的理念。西南交通大学硕士研究生学位论文第１页第１章绪论１．１课题背景产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力称之为可靠性。可靠性是产品的一种动态质量指标，贯穿于产品的开发、设计、制造、试验、使用及维修保养等各个环节中，特别是对于过程装备来说，其可靠性直接与生产安全密切相关。自有人类文明以来，物料搬运便成了人类活动的重要组成部分。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广泛。因此提高起重运输机械的生产效率，确保运行的安全可靠性，降低物料搬运成本是十分重要的。起重机金属结构重量约占整机总重量的７０％，是主要承载

6、构件，其性能直接决定整机状态，具有较高的强度、刚度、稳定性等要求，且对起重机零部件尺寸和重量、能耗、轨道基础和安装等费用都有很大影响，是起重机现代设计与方法研究的重点。可靠性设计、优化设计、有限元法和ＣＡＤ技术是国内外广泛采用的现代设计理论方法，是提高产品设计质量、降低成本、缩短设计周期和提高生产力的有力工具，更是企业提高应变能力、参与国际竞争的必要手段【¨。近年来随着电子计算机技术的广泛应用，有限元法和动态仿真设计等方法开始应用到起重机的结构设计中，同时，可靠性设计也越来越被人们重视。现有起重运输机械的结构有限元分析（塔式起重机除外１１】），基本上还处于传统的“安全系数

7、许用应力法”设计阶段，根据设计者经验，运用通用有限元软件，按最危险的工况进行计算分析。然而，控制结构安全性的安全系数却一直是凭经验确定的，这种经验性的安全系数设计方法尽管可行，但没有明确的概率含义，缺乏理论上的解释１２】。据调查，铁路系统使用的各类起重机都不同程度的存在过早开裂，达不到设计使用年限的问题，因此在起重机金属结构设计中应用可靠性理论和方法势在必行【４¨。西南交通大学硕士研究生学位论文第２页同时，单纯运用通用有限元软件针对某一起重机进行结构分析，建模过程繁复费时，同类型起重机即使结构形式相同而尺寸稍有变化就需要重新建