塔式起重机结构非线性分析

发布时间：2017-03-21 10:05

  本文关键词：塔式起重机结构非线性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市化的发展,高层建筑逐年增多,施工高度的增加使得对塔机性能的要求也越来越高。塔机处于独立状态起升高度逐渐增加时,结构的非线性越来越明显。为分析非线性因素对塔机结构性能的影响,本文以某塔式起重机为研究对象,利用ANSYS建立了塔机有限元模型,分别研究了非线性对塔机强度、静刚度、地震反应以及塔身稳定性的影响。利用ANSYS软件对塔机强度及静刚度进行了校核,结果表明,该塔机静强度及静刚度均满足设计要求。在此基础上,采用非线性有限元求解技术,考虑了材料非线性以及几何非线性因素,分别计算了不同参数下塔机强度以及静位移。分析表明,非线性因素对塔机的强度计算影响不大,其计算结果与线性解相差不大,几何非线性对塔机的静刚度计算影响较大；随着塔机自由高度的逐渐增加,几何非线性对塔机静位移的影响逐渐增大。塔机处于最大独立高度时,线性解与非线性解的相对偏差接近20%,此时几何非线性对塔机静位移的影响难以忽略,因此在工程实际中,计算塔机静刚性时,需要考虑塔机结构的几何非线性因素。利用ANSYS软件计算了塔机最大独立状态下的固有频率,并得到其前八阶振型和基本周期。选用El-Centro波作为地震动输入,采用时程分析法,计算抗震设防等级为7度时地震作用下塔机的动态响应。结果显示,塔机起重臂端部节点竖向位移最大,塔机结构的最大应力出现在地震反应的初始时刻,塔身最大应力在整个地震反应过程中具有较大波动。对比线性和非线性分析计算结果,得出几何非线性对塔机结构动态响应影响很大。计算塔机起重臂与地震载荷处于不同角度时非线性地震反应,结果表明,起重臂与地震载荷间的夹角对塔机结构的动态响应具有一定影响,起重臂与水平地震载荷平行时,有利于塔机结构的安全。不同抗震设防烈度下的分析表明,抗震设防烈度对塔机竖向位移以及应力均有影响,随着抗震设防烈度的增大,塔身最大应力和结构最大应力的增量均呈成倍增长趋势。最后对塔身进行了屈曲分析,对特征值解与非线性解进行对比得出,特征值解为塔机额定起升载荷产生总轮压的10.46倍,是非保守解,非线性解为总轮压的2.16倍,与实际情况较为相符。通过对不同塔身高度以及不同起重臂位置下的屈曲分析得出,塔身高度对塔身极限承载力具有较大的影响,随塔身高度增加,塔身极限承载力逐渐减小,且极限承载力作用下塔身顶部竖向位移逐渐增大；起重臂位置对塔身极限承载力亦具有一定影响。
【关键词】：塔式起重机 非线性 静位移 地震载荷 时程分析 屈曲分析 极限承载力
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH213.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 塔式起重机概述11-13
• 1.1.1 引言11
• 1.1.2 塔式起重机国外发展现状11-13
• 1.1.3 塔式起重机国内发展现状13
• 1.2 非线性有限元分析研究现状13-16
• 1.2.1 非线性有限元分析概述13-14
• 1.2.2 非线性有限元分析国内外研究现状14-15
• 1.2.3 非线性有限元分析在塔机结构分析中的应用15-16
• 1.3 地震反应研究现状16-17
• 1.3.1 地震反应研究发展状况16-17
• 1.3.2 地震反应研究在塔机中的应用17
• 1.4 论文研究的意义及主要内容17-19
• 第2章 基于非线性的塔机结构静力学分析19-38
• 2.1 非线性有限元法基本理论19-23
• 2.1.1 弹塑性本构关系19-20
• 2.1.2 几何大变形问题基本方程20-22
• 2.1.3 接触非线性问题基本假定22-23
• 2.2 ANSYS软件非线性分析基本步骤23-25
• 2.2.1 建立有限元模型23-24
• 2.2.2 施加载荷24
• 2.2.3 选择非线性求解算法24-25
• 2.2.4 后处理25
• 2.3 塔式起重机基本参数25-28
• 2.3.1 计算工况26-27
• 2.3.2 载荷组合27-28
• 2.4 塔机结构静力学分析28-33
• 2.4.1 有限元模型处理28-29
• 2.4.2 有限元计算结果29-33
• 2.5 塔机结构非线性有限元分析33-37
• 2.5.1 非线性有限元模型处理33-34
• 2.5.2 考虑非线性时计算结果对比34-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 塔式起重机非线性地震反应分析38-59
• 3.1 地震特性简介38-40
• 3.1.1 地震波38-39
• 3.1.2 地震震级39-40
• 3.1.3 地震烈度40
• 3.2 ANSYS时程分析概述40-42
• 3.2.1 时程分析基本理论40-42
• 3.2.2 时程分析中阻尼的确定42
• 3.3 塔机模态分析42-45
• 3.3.1 模态分析基本理论43
• 3.3.2 模态分析方法及过程43
• 3.3.3 模态分析计算结果43-45
• 3.4 塔机地震反应时程分析45-50
• 3.4.1 地震波的选取和调整45-47
• 3.4.2 塔机位移和应力计算结果47-50
• 3.5 不同因素对塔机地震反应的影响50-57
• 3.5.1 几何非线性对塔机地震反应的影响50-53
• 3.5.2 起重臂方向对塔机地震反应的影响53-56
• 3.5.3 抗震设防烈度对塔机地震反应的影响56-57
• 3.6 本章小结57-59
• 第4章 塔式起重机塔身屈曲分析59-67
• 4.1 屈曲分析简介59-60
• 4.1.1 特征值屈曲59
• 4.1.2 非线性屈曲59-60
• 4.2 塔身屈曲分析模型及载荷计算60-62
• 4.2.1 塔身屈曲分析模型简介60-61
• 4.2.2 塔身载荷计算61-62
• 4.3 塔身屈曲影响因素探讨62-65
• 4.3.1 塔身高度对塔身屈曲的影响63-65
• 4.3.2 起重臂位置对塔身屈曲的影响65
• 4.4 本章小结65-67
• 总结与展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-75
• 攻读硕士期间发表的学术论文及科研成果75

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