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工程设计学报
工程设计学报  2014, Vol. 21 Issue (5): 449-455    DOI: 10.3785/j.issn. 1006-|754X.2014.05.008
建模、分析、优化和决策     
几何非线性臂架结构稳定拓扑优化
李文军，周奇才，吴青龙，熊肖磊
同济大学 机械与能源工程学院，上海 201804
Stability-ensured topology optimization of geometrically nonlinear boom structures
LI Wen-jun, ZHOU Qi-cai, WU Qing-long, XIONG Xiao-lei
School of Mechanical Engineering， Tongji University， Shanghai 201804， China
 全文: PDF(2655 KB)   HTML
摘要： 臂架结构是臂架起重机的关键部件，实现结构稳定的拓扑优化对其轻量化设计至关重要. 基于敏度分析的结构优化方法耗时耗力，不适用于大型工程结构. 在杆系结构SKO （soft kill option） 法的基础上，定义了臂架结构整体稳定性和局部压杆稳定性的定量化指标，分析臂架结构抗失稳机制,给出了关联腹杆“冻结”顺序，提出了一种保证结构稳定的臂架结构拓扑优化方法，即SSKO （stability-ensured soft kill option） 法. 将该方法应用于刚架柱和环轨起重机组合臂架的拓扑优化中，结果表明SSKO法可实现结构的稳定拓扑，优化速度快,效果显著.
关键词： 几何非线性;  臂架;  SSKO;  稳定性;  拓扑优化    
Abstract: The boom structure is a key component of boom cranes, and the stability-ensured topology optimization is critical to its lightweight design. The sensitivity-based methods are not applicable for topology optimization of large-scale structures since they are labor-intensive and time-consuming. The quantitative indices of global stability and compression member stability for boom structures were defined. The anti-buckling mechanism of boom structures was analyzed to get the freezing order of associated web members. A novel SSKO (stability-ensured soft kill option) method was proposed, which was a topology optimization method for boom structures on the basis of the SKO (soft kill option) method for bars structures. This method was applied to topology optimization of a frame and a ring crane boom to demonstrate that it could achieve stable topologies with high efficiency.
Key words: geometric nonlinearity    boom    SSKO    stability    topology optimization
收稿日期: 2014-06-10 出版日期: 2014-10-28
基金资助:

国家自然科学基金资助项目（51375345）
作者简介: 李文军（1985—），男，安徽合肥人，博士生，从事结构稳定性及优化方法研究，E-mail: ahlwjnj@163.com. 通信联系人：周奇才（1962—），教授，博士生导师，E-mail: qczhou@tongji.edu.cn.
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引用本文:

李文军，周奇才，吴青龙，熊肖磊. 几何非线性臂架结构稳定拓扑优化[J]. 工程设计学报, 2014, 21(5): 449-455.

LI Wen-jun, ZHOU Qi-cai, WU Qing-long, XIONG Xiao-lei. Stability-ensured topology optimization of geometrically nonlinear boom structures. Chinese Journal of Engineering Design, 2014, 21(5): 449-455.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn. 1006-|754X.2014.05.008    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2014/V21/I5/449

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