QY20型汽车起重机吊臂有限元分析及优化设计

发布时间：2017-09-05 23:36

  本文关键词：QY20型汽车起重机吊臂有限元分析及优化设计

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【摘要】：起重机是实现生产过程机械化、自动化,提高劳动生产率必不可少的重要机械设备。它对于发展国民经济,改善人们的物质文化需要起着重要的作用。随着经济建设的迅速发展,机械化、自动化程度不停提高,与此相适应的起重机技术也在高速发展,产品种类不断增加。汽车式起重机具有转场灵活,方便快捷等优点,在我们生活中应用十分广泛。吊臂作为汽车起重机的核心部件,是汽车起重机完成起重作业的主要承载和受力构件,其设计是否合理对起重性能有着重大的影响,一直是起重机行业内技术研发的焦点。为了使吊臂同时满足安全稳定性和经济性的要求,有必要对其结构进行精确的静力学分析和动力学分析,以便优化其结构形式,使其具备良好的工作性能和经济性。本文简要介绍了国内外起重机的发展现状,总结了汽车起重机的发展方向。根据起重机设计规范和相关力学知识对吊臂结构进行了力学理论分析。以QY20型汽车起重机吊臂为主要研究对象,利用SolidWorks三维设计软件建立了吊臂的三维模型,并导入有限元分析软件ANSYS中。在ANSYS workbench中利用Static Structural模块对吊臂进行强度和刚度分析。分析结果发现,一节臂变幅铰点处最大应力值超过材料许用应力值,三、四节臂最大应力值远小于许用应力值。调用Linear Buckling模块对吊臂进行稳定性分析,得到了吊臂在不同工况下的线性屈曲模态和载荷系数,发现一节臂变幅铰点处最易发生屈曲失稳现象。利用Mod al模块对吊臂进行模态分析,得到了吊臂的前6阶振型和频率,这些数据为吊臂的共振分析提供了理论依据。本文利用有限元分析法和应力贴片法分别对吊臂进行了结构优化和三种工况下的应力值测量。将有限元分析结果与试验数据进行对比分析,得出了有限元分析结果与试验数据相吻合的结论。由此可见,采用有限元法对吊臂分析的结果准确,为起重机吊臂的结构优化提供了经济可靠的依据,具有广泛的应用前景。
【关键词】：起重机吊臂 有限元分析 优化设计 应力试验
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH213.6
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 国内外汽车起重机的发展概况13-16
• 1.1.1 国外汽车起重机的发展现状13-14
• 1.1.2 国内汽车起重机的发展现状14-15
• 1.1.3 汽车起重机发展动向15-16
• 1.1.4 汽车起重机吊臂有限元分析的发展状况16
• 1.2 主要研究内容16-19
• 1.2.1 本文研究背景和研究意义16-17
• 1.2.2 工作内容17-19
• 第2章 吊臂强度与刚度分析19-35
• 2.1 汽车起重机吊臂的受力分析19-25
• 2.1.1 载荷分类19-21
• 2.1.2 吊臂静力分析21-23
• 2.1.3 结构刚度计算23
• 2.1.4 构件结构的许用应力23-25
• 2.2 利用有限元法分析吊臂强度和刚度25-33
• 2.2.1 有限元法与ANSYS软件简介25-26
• 2.2.2 起重性能与计算工况26-27
• 2.2.3 吊臂三维建模和网格划分27-28
• 2.2.4 载荷及约束处理28-29
• 2.2.5 求解结果与分析29-33
• 2.3 本章小结33-35
• 第3章 吊臂结构稳定性分析35-47
• 3.1 结构稳定性分析理论35
• 3.2 解析法吊臂稳定性计算35-37
• 3.2.1 压缩、剪切和局部压应力分别作用时的临界应力35-36
• 3.2.2 压缩、剪切和局部压应力同时作用时的临界复合应力36-37
• 3.2.3 局部稳定性许用应力和局部稳定性计算37
• 3.3 有限元法线性屈曲分析37-45
• 3.3.1 计算工况37-38
• 3.3.2 线性屈曲分析前处理38
• 3.3.3 求解结果与分析38-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 吊臂的模态分析47-57
• 4.1 模态分析理论47-48
• 4.2 吊臂的模态分析48-56
• 4.2.1 ANSYS Workbench模态分析算例48-49
• 4.2.2 模态分析结果49-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第5章 结构优化设计57-67
• 5.1 国内外结构优化技术研究概况57-58
• 5.1.1 结构优化设计发展历程57
• 5.1.2 结构优化设计目前发展状况57-58
• 5.1.3 典型结构优化简介58
• 5.2 吊臂结构优化设计58-66
• 5.2.1 优化设计依据58-59
• 5.2.2 优化设计目标和限制条件59
• 5.2.3 优化设计内容59-60
• 5.2.4 优化设计结果60-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第6章 有限元分析结果的试验验证67-73
• 6.1 试验目的和方法67
• 6.2 试验设备与仪器67-68
• 6.3 试验条件68
• 6.4 试验测试工况68
• 6.5 试验方法及步骤68-69
• 6.6 试验结果与有限元分析结果的分析比较69-71
• 6.7 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 学位论文评阅及答辩情况表80

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本文编号：800896