履带起重机臂架非线性研究与分析

发布时间：2020-06-30 08:38

【摘要】：随着国民经济的快速发展,基础建设设施的规模不断扩大,相关设备的重量、起高度和体积也越来越大,履带起重机因其众多优点在工程吊装中的应用也越来越广泛,臂架结构也越来越细长化,格构式桁架臂作为履带起重机主要的受力部件也决定着起重机的起重性能。随著臂架长度的增大和高强度钢材的使用以及制造工艺的提高,臂架柔度增大导致刚度不足的问题比较明显,在自重载荷下会出现较大的初始下挠变形,当受到轴向载荷和横向载荷后,易出现结构“软化”的现象从而失去稳定性,因此不能忽略这种由于二阶效应引起的几何非线性对结构受力和变形的影响,建立结构变形后的平衡方程来分析结构的非线性十分必要。常规的分析方法是在有限元中建立臂架复杂模型进行有限元分析,而在起重机设计初期,具体结构参数不确定,需反复修改结构参数进行“试算”校核分析,但有限元法因建模复杂及非线性不收敛的问题而花费大量时间成本,为提高设计效率和设计精度,需要对臂架进行快捷而又相对准确的非线性分析。针对上述问题,在分析和总结前人研究成果的基础上,从二阶效应入手对臂架进行回转平面和变幅平面的几何非线性解析计算,主要研究工作如下:首先,基于临界载荷相等的原理,采用惯性矩等效的方法将格构式桁架臂简化为实腹式梁结构,得到臂架回转平面和变幅平面内的惯性矩等效公式,通过实例对比计算表明了等效公式的可行性。其次,基于二阶效应推导压弯构件非线性问题的解析公式,运用微分方程法建立压弯构件在变形位置后的微分方程,将微分方程分解为均承受轴向压力的正弦曲线和多次曲线的叠加,把挠曲变形方程变换成以待定几何参数表达的形式,根据边界条件和平衡条件求解压弯构件挠曲线方程的待定几何参数后即可求得压弯构件的挠曲线计算公式,将传统的求解压弯构件变形问题从求解复杂微分方程积分常数的纯数学问题转变为根据边界条件和平衡条件确定挠曲线的几何参数问题,物理意义明确,概念清晰。然后,运用推导的压弯构件非线性问题的解析公式分别对实际臂架模型进行回转平面和变幅平面内的非线性分析,求解臂架的挠曲变形,提高求解效率。并与有限元软件ANSYS的几何非线性计算结果进行对比分析,表明本文方法的合理性。运用本文方法可快速计算出臂架的变形挠曲线。最后,从臂架仰角和结构参数对臂架变形影响角度出发,研究分析臂架仰角以及宽度和高度、弦杆腹杆壁厚、外径等对变形的影响规律,为臂架设计提供一定参考和借鉴。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH21

【参考文献】