针对铸造起重机服役过程中金属结构安全性问题,提出从疲劳破坏的角度分析其裂纹扩展情况。以铸造起重机金属结构为研究对象,调研分析铸造起重机的工艺流程,结合金属结构理论和雨流计数法,得到一年内主梁危险点的两参数二维应力谱,根据线弹性断裂力学,应用Paris公式对裂纹扩展情况进行预测,根据疲劳裂纹扩展尺寸进行预测相对应的疲劳剩余寿命。以此为基础,通过Msc.Fatigue仿真软件模拟裂纹扩展增长趋势,从而预测焊接箱形梁结构的疲劳剩余寿命。以100/40t-28.5m四梁偏轨铸造起重机焊接箱形梁结构为例,其理论计算结果与仿真结果的相对误差为1.44%。结果表明通过理论与仿真相结合的方式可较为准确的分析疲劳裂纹扩展情形,确保了疲劳剩余寿命计算结果的精确性。

针对人工鱼群算法(AFSA)中收敛精度不足、早熟现象明显、稳定性较差及结果精度受参数影响较大的问题,提出基于嵌入机制的改进人工鱼群算法。以参数统计分析为基础,设定步长与视野数值成反比的条件下,构建一种模仿生物视觉特性的步长、视野因子模型,并将差分进化算法中的变异行为作为人工鱼群完成觅食、聚群、追尾行为后的干扰行为。根据参数之间的关系、视野与步长的关系,采用五种类型测试函数分别对AFSA、DAFSA、DE进行对比验证,结果表明DAFSA在稳定性、计算精度与早熟现象改进方面较AFSA有明显提升。同时为验证所提方法的实用性,将其应用在50t/22.5m桥式起重机主梁金属结构轻量化设计中。

针对粒子群算法在解决高维度复杂优化易陷入局部最优的问题,构建差分进化算法(DE)、人工蜂群算法(ABC)与粒子群算法(PSO)并行运算的种群更新模型,提出基于并行策略的改进混合粒子群算法(DA_PSO)。以并行策略为基础,不改变种群规模,独立运行3种算法,每隔n次比较3种算法,获得当前最优点,并用其替换粒子群算法的种群最优点,利用PSO算法个体向种群最优靠近的特点,充分吸收DE算法、ABC算法的优点,使被替换后的PSO算法跳出局部最优,提升优化结果的质量。采用五种类型测试函数分别对ABC、DE、PSO和DA_PSO进行对比验证,结果表明较其他算法而言,DA_PSO算法精度高,稳定性好,适应性强。同时为验证所提方法的科学性与实用性,将其应用在10t~32t/31.5m系列化的桥式起重机主梁金属结构轻量化设计中。

针对双高双立柱式堆垛机结构设计时存在的结构非线性与设计参数响应值之间复杂的隐式关系。采用三维参数化建模和最佳填充样本空间(OSF)进行试验设计,利用Kriging模型建立双高双立柱式堆垛机设计参数和最大应力、最大位移和质量之间的映射关系,通过精英保留策略快速非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),实现堆垛机结构尺寸、箱型梁壁厚的最佳寻优化方案,以满足强度、刚度、稳定性和优化设计目标。结果表明,采用该方法能够有效提高双高双立柱式堆垛机的静态结构优化设计精度和效率。

基于结构系统可靠性失效模式的概念,探讨立体停车库钢结构系统简化模拟方法,提出结构系统失效准则的合理性原则,即工程结构系统失效不能笼统地定义为结构系统蜕变为机构,而应定义为结构系统中某些关键元件失效后,整个结构系统失去继续承载能力或完成规定功能的能力.本原则不仅适用于立体停车库钢结构系统,而且对于其它结构系统也具有理论与实际指导意义.

针对汽车起重机变幅机构的复杂性以及故障状态的模糊性,提出了一种模糊贝叶斯网络与T-S模糊故障树相结合的可靠性评估方法。首先,通过建立T-S模糊故障树,映射为模糊贝叶斯网络;其次,结合专家利用"信心指数法"得到的底事件的故障概率,正向推理得到顶事件的故障概率以及底事件的重要度,再通过反向推理可以得到系统出现故障后底事件的后验概率。该算法对2种算法进行结合,优势互补,算法符合客观实际,为评估系统可靠性、找出系统薄弱环节提供了依据。

依据250 km/h和350 km/h高铁路线架桥的需求,对架设长40 m的新型混凝土箱梁,提出了一个新型运架一体式架桥机金属结构设计方案.主梁在架桥机中起承担起吊梁片的功能作用,是架桥机一个重要部件.通过分析架桥机架梁流程的整个工作周期,提取架桥机在整个工作周期中的两个危险工况即大跨度工况和大悬臂工况.对两个危险工况分别采用结构分析理论和有限元分析软件进行静态分析,通过对两者的计算结果分析比对,相互验证,得出新型运架一体式架桥机金属结构主梁的合理设计.