基于ANSYS的天车主梁结构设计及拓扑优化

2021-11-19何朝宣查振元

机器人技术与应用 2021年3期

何朝宣查振元曾政李伟隰潇

（1机械科学研究总院，北京，100044；2机科发展科技股份有限公司，北京，100044）

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天车是一种横跨于车间、仓库等空中物料转运的专用物流运输设备，广泛运用于机械、冶金、港口等行业，并不断向着大型化、轻量化发展[1-2]。天车主梁作为主要承载构件，其自重达到了天车整体总重量的60%左右，在保证天车安全工作、主梁结构安全稳定的条件下，对天车主梁结构进行拓扑优化设计，能够提升其承载性能，有效降低企业的生产成本，节约资源，符合我国绿色可持续发展经济需求[3-4]。

近年来，拓扑优化方法已运用到主梁的结构优化中，但研究较少。郑州大学闫利利[5]通过拓扑优化证明了空腹式腹板的合理性以及在腹板上开孔的可能性，但为未对开孔宽度等尺寸进行计算，有一定的局限性。大连理工大学张晓丽[6]等采用变密度法对天车主梁腹板进行拓扑优化，得到了一个粗糙的拓扑结构，存在工艺性差的局限。大连理工大学李佐斌[7]在张晓丽的基础上进行改善，但对腹板拓扑优化的新型主梁未进行有限元分析。本文主要对5T-16.5m天车的主梁结构进行设计，基于有限元软件ANSYS对主梁进行静力学分析及拓扑优化设计，对拓扑优化后的新型主梁进行静力学分析，证明其拓扑优化结构的可靠性、安全性，为天车主梁轻量化设计提供了重要参考依据。