基于ANSYS的单梁桥式起重机横梁结构的动力学分析和轻量化研究

发布时间：2017-06-30 01:15

  本文关键词：基于ANSYS的单梁桥式起重机横梁结构的动力学分析和轻量化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在现代化机械结构设计制造中,轻量化研究是所有机械设备,特别是大型机械结构的必然趋势,尤其对于体积庞大、结构笨重的起重机而言,横梁结构的轻量化研究具有很重要的地位。而以往要准确验证起重机的静、动态性能,没有较为准确的试验数据为依据,只能在产品设计完成后进行,这是一个周期长、成本大的过程。据资料显示,我国各类型起重机机身重量与国外先进的起重机相比,约重15%~45%,桥式起重机的横梁结构作为起重机的主要组成部分和承载结构,其重量约占整机的60%左右,而横梁自重是衡量整机结构质量好坏的一个重要指标,它的设计参数的选取直接影响整套设计方案的成败。若使用铝合金和新型高强度等轻型合金材料来制造,明显成本不可取。本论文通过对国内外起重机的设计结构和自重进行比较分析,发现我国桥式起重机存在安全系数选用过大、结构笨重、材料浪费严重、横梁结构的强度和刚度均存在较大的富裕量等设计问题,这就使得横梁结构轻量化研究势在必行。针对上述问题,本文以10t-24.8m桥式起重机的横梁结构为研究对象,对其横梁结构进行动力学分析和设计变量优化设计。(1)对本论文研究对象的设计图纸和整体结构进行分析研究,利用Solidworks2013对桥式起重机横梁结构进行CAD实体建模。(2)利用大型分析软件ANSYS Workbench对横梁结构进行了静力学分析、模态处理、谐响应分析、瞬态动力学分析,研究了横梁结构受到时间-载荷在多工况下的静态和动态响应,通过动态响应特性曲线可以清楚地掌握横梁所受最大应力、最大位移以及振动速度和加速度随时间-载荷的变化规律。最后进行了强度和刚度的校核计算,以最大应力、变形、动刚度和横梁的设计变量尺寸范围为约束条件,建立了起重机横梁结构的优化数学模型。(3)将小车和电葫芦等起重设备作为整体,以相应的冲击系数和起升动载系数的形式表现在优化过程中。最后在ANSYS Workbench中的Design explorer快速优化模块中,对本论文研究的单梁桥式起重机横梁进行了结构轻量化研究。选取横梁的截面相应设计变量尺寸作为输入参数,应力、应变的最大值、动刚度和质量的最小值为输出参数,通过参数优化对比优化前后横梁结构的强度、刚度和动态分析结果,得到了给系列起重机横梁的最优设计参数,使横梁质量达到最小,完成了本课题的研究目的。
【关键词】：桥机横梁 数学模型 设计尺寸参数 动力学分析 轻量化研究
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH215
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-25
• 1.1 课题研究的来源、背景和意义14-17
• 1.1.1 课题研究的来源14
• 1.1.2 课题研究的背景14-15
• 1.1.3 课题研究的意义15-17
• 1.2 桥式起重机在国内外相关领域的研究现状17-22
• 1.2.1 国外研究现状和发展趋势18-19
• 1.2.2 国内研究现状和发展趋势19-22
• 1.3 课题研究的目的与内容22-24
• 1.3.1 课题研究的目的22
• 1.3.2 课题研究的内容以及技术路线22-24
• 1.4 本章小结24-25
• 第2章 桥式起重机结构简介及其静态特性分析25-37
• 2.1 桥式起重机横梁结构简介25-26
• 2.2 有限元方法及有限元软件ANSYS Workbench26-28
• 2.2.1 有限元法的提出和应用26
• 2.2.2 ANSYS分析软件的分析过程26-28
• 2.2.3 ANSYS的主要功能28
• 2.3 桥式起重机横梁的有限元静态分析28-36
• 2.3.1 桥式起重机横梁结构有限元模型的建立28-29
• 2.3.2 桥式起重机静力学分析模型29-30
• 2.3.3 几何模型及网格划分30-31
• 2.3.4 横梁结构静态分析及结果31-32
• 2.3.5 施加约束32
• 2.3.6 有限元计算结果分析32-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 单梁桥式起重机横梁结构的动态特性分析37-47
• 3.1 模态分析概述37
• 3.1.1 模态分析理论基础37
• 3.2 有预应力的模态分析37
• 3.3 桥式起重机横梁结构的模态分析37-39
• 3.3.1 模态分析的流程图37-38
• 3.3.2 模态分析38-39
• 3.4 桥式起重机模态分析结果39-42
• 3.5 桥式起重机横梁的谐响应分析42-45
• 3.5.1 谐响应分析的理论基础42-43
• 3.5.2 桥式起重机横梁结构的谐响应结果分析43-45
• 3.6 本章小结45-47
• 第4章 桥式起重机横梁结构不同工位的瞬态动力学分析47-60
• 4.1 单梁桥式起重机的主要性能参数48
• 4.2 横梁结构的瞬态动力学分析48-50
• 4.2.1 起升过程中时间-载荷的建模分析48-49
• 4.2.2 横梁瞬态动力学求解流程49-50
• 4.3 瞬态动力学求解分析50-58
• 4.3.1 横梁结构对应不同加载时间的动态特性响应51-55
• 4.3.2 不同工位处横梁的动态响应55-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 桥式起重机横梁结构的轻量化研究60-75
• 5.1 优化设计基本理论60-61
• 5.1.1 优化设计基本概念60
• 5.1.2 桥式起重机横梁结构的优化设计流程60-61
• 5.2 建立桥式起重机横梁结构的数学模型61-70
• 5.2.1 优化设计变量和目标函数的确定61-63
• 5.2.2 优化过程分析63-66
• 5.2.3 优化目标随设计变量的变化规律66-69
• 5.2.4 设计参数灵敏度分析69-70
• 5.3 优化结果分析70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 结论与展望75-77
• 结论75-76
• 展望76-77
• 参考文献77-80
• 致谢80-81
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文81-82
• 附录B 仿真主要程序82

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2 宋学亮;基于ANSYS的单梁桥式起重机横梁结构的动力学分析和轻量化研究[D];兰州理工大学;2016年

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本文编号：500070