《大型起重機臂架結構仿生最佳化設計理論研究》是依託同濟大學，由周奇才擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大型起重機臂架結構仿生最佳化設計理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周奇才
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
為了解決起重機大型化與輕量化的矛盾，著眼於大型起重機臂架結構的最優設計方法問題，建立大型臂架結構仿生最佳化設計理論。根據大型臂架的重載、動載和桿系特點，以生物承載結構為參照，基於仿生最佳化方法、密度法和三維骨架提取法，建立大型臂架結構自主式生長模型，使得臂架結構經歷靜態生長和動態適應兩個階段，以及結構原型、初步構形、桿繫結構、成熟結構和適應結構五種形態的轉變過程，從而生長出具有梯度性能特徵的仿生型輕質臂架結構。通過仿真試驗，對比仿生臂架與傳統臂架的力學性能，定量表達大型臂架結構仿生最佳化設計理論的套用效果。製作仿生臂架、傳統臂架的比例模型，在專門構建的試驗平台上進行靜態和動態試驗，驗證大型臂架結構仿生最佳化設計理論的正確性和有效性。
結題摘要
項目按基金申請書中的擬定的總體路線，按計畫實施，完成了研究目標。理論方面，構建了臂架結構由結構原型-初步構形-桿繫結構-成熟結構-適應結構的最佳化生長模型，提出了新的臂架結構最佳化設計方法。其中，結構原型-初步構形本質為尋求最優拓撲，課題深入開展以下研究：改進傳統結構拓撲最佳化理論，包括變密度法、仿生SKO方法等；將人工智慧算法引入結構最佳化拓撲設計中；基於仿生思想，提出了仿生生長快速拓撲最佳化方法；研究了結構模型重建理論。初步構形-桿繫結構方面，提出了用於結構最佳化設計的骨架提取算法，包括基於二值圖像細化及基於傳力路徑的骨架提取算法；並基於生長的理念，提出了桿繫結構最佳化設計的力錐生長法。基於準則法建立了桿繫結構-成熟結構的最佳化理論。成熟結構-適應結構是動力學最佳化問題，基於靈敏度分析法和遺傳算法，構建了臂架結構動力學固有特性和動力學回響的最佳化模型。在既定研究路線外，課題還深入開展了臂架結構穩定性最佳化理論的研究，包括基於變密度理論的穩定性拓撲最佳化算法；桿繫結構線性SKO最佳化方法和幾何非線性SKO最佳化方法；以及組合臂架結構線性失穩、變幅系統懸垂效應、幾何材料非線性整體穩定性、局部桿件穩定性等。基於上述理論的研究，開展了起重機臂架結構的仿真最佳化，包括橋式起重機主梁及巷道堆垛機立柱最佳化設計；塔式起重機起重臂最佳化設計；2500噸環軌式起重機臂架最佳化設計等。最後，基於橋式起重機箱型主梁和塔式起重機起重臂的最佳化結果，採用量綱分析法推導相似準則，以5:1的相似比開展了原始臂架結構和最佳化臂架結構的模型試驗，驗證了臂架結構最佳化設計理論的正確性和有效性。本課題的研究為桁架式臂架結構的最佳化設計提供了全新的設計思路，也為結構最佳化設計領域帶來了新的探索方向。
