大型多功能试验机结构设计问题研究
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【摘要】：近些年来,国内外试验机技术发展迅速,试验机作为重要的计量设备,广泛应用于各个领域。2008年,汶川大地震的惨痛教训促进了建筑结构抗震技术的快速发展,进而催生了前所未有的大型、超大型结构件试验机的建造需求。当前,试验机系统正朝着大载荷、多功能方向发展,从而对试验机结构设计的合理性、安全性能都提出了更高的要求。所以研究大型多功能试验机结构设计问题具有重大现实意义。大型多功能试验机种类繁多,本文结合科研课题选择50MN动态压剪试验机系统和100MN静态压剪试验机系统进行研究。主要从以下几个部分展开研究:1)针对超大型结构试验的特殊需求,提出并建立了新型50MN动态多功能压剪试验机的结构实现方案,进行了结构组成、结构形式、动静力学性能的系统研究分析。结构方面,创新性的设计了静横梁、四立柱与底座组成的龙门框架结构,刚度高、承载能力强;创新性的设计了抗弯矩装置,解决了试验机系统中的弯矩问题,使测量更加精准。力学性能分析方面,本论文利用前处理软件HYPERMESH对改进后的50MN动态压剪试验机系统进行网格划分,然后利用有限元分析软件ANSYS对有限元模型进行了静力学分析以及模态分析:静力分析结果表明结构安全可靠;模态分析显示整机的固有频率远远大于试验机的横剪系统施加的载荷的频率,设备不会发生共振。2)提出和设计了目前世界上最大规格的100MN结构试验机(静态)的结构方案,并对其力学性能进行研究和分析。对100MN静态压剪试验机系统的龙门框架结构、横向加载系统、竖直加载系统、工件的装卸系统进行设计。其中,独创性的小车装载系统完美的解决了大型试件的装卸及对中问题。采用Workbench软件进行静力学的分析,通过分析可知,在100MN的超大载荷下设备结构强度满足要求。3)本文针对试验机结构设计过程中需要考虑的特殊问题进行了专门研究。通过研究,试验机的结构设计更加合理,保证了试验机的可靠性。对这些问题进行研究具有重大的实际意义。4)针对超大型试验机的大载荷、大结构特点,对试验机的加载技术方法进行研究,提出并研究分析了直驱式容积伺服控制系统在大型试验机加载中的应用。本文创造性的将直驱式容积伺服控制系统应用于试验机上,并通过试验验证直驱式容积伺服控制系统应用于试验机上的可行性,在满足试验要求的情况下可大幅降低能源的消耗。
【关键词】：试验机 有限元 大结构、大载荷 加载技术
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU317
【目录】：
- 摘要4-6
- Abstract6-12
- 第1章 绪论12-20
- 1.1 研究背景及意义12-13
- 1.2 国内外研究现状13-15
- 1.3 大型结构试验机的重要性15-16
- 1.4 课题的内容和任务16-17
- 1.4.1 课题来源16-17
- 1.4.2 主要研究内容17
- 1.5 课题的难点与技术创新点17-20
- 1.5.1 技术难点17-18
- 1.5.2 技术创新18-20
- 第2章 50MN动态压剪试验机结构设计及力学分析20-42
- 2.1 引言20
- 2.2 基本参数与功能20-21
- 2.2.1 基本功能与性能指标20
- 2.2.2 系统的功能20-21
- 2.3 50MN动态压剪试验机整体机构布局描述21-30
- 2.3.1 整机机械结构说明23-24
- 2.3.2 主机框架结构设计24
- 2.3.3 50MN动态度压剪试验机竖直向加载系统的设计24-26
- 2.3.4 50MN动态压剪试验机横向加载系统设计方案26-29
- 2.3.5 试验机的转角试验系统的设计方案29-30
- 2.4 50MN动态压剪试验机有限元分析30-35
- 2.4.1 有限元的分析内容及目的30
- 2.4.2 有限元模型的简化30-31
- 2.4.3 材料属性的定义31-32
- 2.4.4 单元的选择32
- 2.4.5 网格的划分32-33
- 2.4.6 约束的施加及载荷的计算33-35
- 2.5 静力分析35-37
- 2.5.1 云图显示36-37
- 2.6 50MN动态压剪试验机的模态分析37-41
- 2.6.1 ANSYS在模态分析中的应用37-38
- 2.6.2 模态振型图及振型表38-40
- 2.6.3 结果分析40-41
- 2.7 本章小结41-42
- 第3章 100MN静态压剪试验机结构设计及力学分析42-56
- 3.1 引言42
- 3.2 100MN静态压剪试验机主机机械说明42-45
- 3.2.1 100MN压剪试验机框架结构与竖直加载系统44
- 3.2.2 反力架系统设计方案44-45
- 3.2.3 横向剪切系统及其升降油缸方案设计45
- 3.3 100MN压剪试验机结构力学分析45-54
- 3.3.1 系统受力形式45-47
- 3.3.2 力学关系47-48
- 3.3.3 力学模型的简化48-49
- 3.3.4 材料属性的定义49
- 3.3.5 约束和载荷的施加49-50
- 3.3.6 工况一应力云图50-52
- 3.3.7 工况二应力云图52-54
- 3.3.8 结果分析54
- 3.4 本章小结54-56
- 第4章 大型多功能试验机结构问题研究56-70
- 4.1 引言56
- 4.2 工作台的导向问题研究56-57
- 4.3 工作台的减摩问题研究57-59
- 4.3.1 平面静压支承技术介绍57-58
- 4.3.2 平面静压支承原理58-59
- 4.4 试验机试件装卸问题研究59-64
- 4.4.1 100MN静态压剪试验机试件的装卸问题研究60-63
- 4.4.2 50MN动态压剪试验机试件装卸问题研究63-64
- 4.5 大型试验机框架结构连接可靠性设计问题64-66
- 4.5.1 100MN压剪试验机联接键的设计64-66
- 4.5.2 50MN压剪试验机联接键的设计66
- 4.6 试验机结构中的弯矩问题研究66-68
- 4.6.1 50MN动态压剪试验机抗弯矩措施67
- 4.6.2 100MN静态压剪试验机抗弯矩措施67-68
- 4.7 本章小结68-70
- 第5章 大型压剪试验机加载技术问题研究70-84
- 5.1 引言70
- 5.2 大型压剪试验机加载过程中的问题70-72
- 5.3 大型压剪试验机加载技术方案研究72-75
- 5.3.1 传统电液伺服加载系统72-73
- 5.3.2 直驱式容积控制电液伺服系统相关介绍73-74
- 5.3.3 直驱式容积控制电液伺服系统74-75
- 5.3.4 大型压剪试验机加载技术方案确定75
- 5.4 直驱式容积伺服控制系统泵控制液压缸部分的分析75-79
- 5.5 系统稳定性的验证79-83
- 5.5.1 系统 BODE 图的求解79-81
- 5.5.2 泵控系统稳定性的试验验证81-83
- 5.6 本章小结83-84
- 第6章 总结与展望84-86
- 6.1 全文总结84-85
- 6.2 展望85-86
- 参考文献86-90
- 导师及作者简介90-92
- 致谢92
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本文编号：357889
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