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门式起重机作为重要的起重设备被广泛应用在国民生产各领域,对门机结构实现轻量化设计、可靠性设计以提高其设计水平具有重要意义。目前,门机结构的轻量化研究主要集中在主梁、支腿及上下横梁的截面尺寸参数优化,受门机结构形式的约束,其优化效果和速度有时很不理想。门机的可靠性研究以结构性能的随机可靠性为主,当缺少足够数据来支撑门机不确定变量的概率密度函数时,将难以保证随机可靠性准确、合理。为了提高门机的设计水平,本文提出一种非对称支腿结构形式并引入非概率可靠性方法。本文以32t-26m带悬臂的L型单梁门式起重机为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS对门机进行参数化建模,并按GB/T3811-2008的规定对门机进行强度、刚度分析。分析结果表明,门机悬臂端的静刚度不能满足使用要求。对门机进行优化改进时,将门机的参数化模型集成到多学科优化软件Isight中,对门机主梁进行截面尺寸参数优化。门机优化后的强度和刚度性能均满足要求,但自重仅减少0.44%,优化效果很不明显。门机悬臂端的静刚度不足在优化设计过程中起主要控制条件作用,因而本文提出一种非对称的支腿结构形式,应用该结构重新对门机进行轻量化设计。轻量化后门机结构的强度和静刚度均满足要求,且自重减少了12.85%,门机的轻量化设计效果获得了很大提高。考虑门机几何尺寸、载荷、材料特性、冲击系数、动载系数的不确定性,运用非概率可靠性及区间分析的理论和方法,综合利用ANSYS的参数化分析和Isight的近似建模、优化技术,提出一种门机非概率可靠性分析方法。该方法集成度较好,避免了大量重复操作,具有一定应用价值。分析结果表明：门机的非概率可靠度为0.78,不能满足使用要求。建立考虑载荷、材料特性、冲击系数、动载系数不确定性,以门机主梁截面尺寸参数为设计变量的门机结构性能区间不确定性优化模型。利用区间可能度法将不确定性优化模型转化为确定性优化模型；利用门机结构性能的响应面近似模型替代其有限元分析模型以提高优化模型的计算效率；利用区间结构分析方法将两层嵌套优化转化为单层优化问题；最后利用多岛遗传算法求解出门机主梁截面尺寸的最优解。该方法在保障优化求解精度的同时,具有很高的计算效率。