门式起重机结构动态仿真与动力学分析

发布时间：2017-04-25 08:12

  本文关键词：门式起重机结构动态仿真与动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：门式起重机金属结构的研究分析是门机在设计制造过程中最重要的一项内容。目前各国规范上对门机金属结构的计算均以静态载荷为主,但随着门式起重机跨度的增大,工作速度的提升,载荷的动态效应对门机结构的影响愈加明显。为了深入研究大跨度门式起重机金属结构的自身特性以及在载荷动态过程中的动力学响应特性,本文借用大型结构有限元分析软件ANSYS、碰撞冲击仿真软件LS-DYNA对门机结构的强度、刚度、振动特性、起升响应、地震响应以及轮轨接触碰撞方面进行了研究。本文主要的研究内容如下：1.利用ANSYS对门式起重机进行了结构静力学分析。完成了门机有限元模型创建,尤其是柔性铰结构有限元处理。按照规范对工况载荷取值的要求,完成了门机在刚度工况、强度工况、地震工况下的详细的静力学分析,结果表明结构的刚度、强度满足设计要求。2.利用ANSYS对门式起重机进行模态及瞬态分析,得到了门机结构的自振频率、振型和振型参与系数。结果表明门架结构的低阶振型将控制其地震响应振动,并计算出瞬态分析所需要的阻尼值,编写了门机在起升、地震瞬态分析中的APDL命令流。3.利用ANSYS及APDL技术对门式起重机进行了起升动态特性研究。对起升过程各阶段建立了运动微分方程,求得钢丝绳时程拉力,将其以离散载荷形式对门架结构进行持续的激励,得到整机系统在起升过程中各方向的振动情况和应力响应情况。结果表明按《起重机设计规范》进行起升载荷等效计算结果偏于不安全,且门架在沿小车轨道方向存在较大的变形。4.利用ANSYS及APDL技术对门式起重机进行了地震动态响应研究。推导了门机在地震激励下的振动分析模型,完成地震波选取调整以及对有限元模型的多点激励,得到门机的地震动态响应情况,分析门机在不同波速和行波方向下的响应规律,并和一致输入下的结果进行对比。结果表明按《起重机设计手册》进行地震载荷的等效计算,结果偏于不安全；行波效应会加剧门机的地震动态响应,且不同的波速和行波方向会影响门机的地震响应。5.利用LS-DYNA对门式起重机车轮进行了动态接触研究。按照我国现行规范要求,建立了轮轨接触模型,模拟车轮通过轨缝和偏斜运行的动态过程,得到其接触区的应力分布等值线图和应力变化时程曲线。结果表明接触区存在渗透,动态运行时接触斑形状发生改变,应力增大；通过轨缝时轮轨未出现瞬时脱离。本文的研究内容与成果,可为大跨度门机的结构动态特性研究提供参考与借鉴,同时也可以为大跨度门机的设计制造提供一定的指导意义。
【关键词】：门式起重机 起升特性 地震响应 行波效应 多点输入 轮轨接触
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH213.5
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 选题背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 起重机起升特性研究现状12-13
• 1.2.2 起重机地震响应研究现状13-15
• 1.2.3 起重机轮轨接触研究现状15-16
• 1.3 本课题研究内容和意义16-18
• 第2章 门式起重机结构基础研究18-34
• 2.1 门式起重机参数简介18-19
• 2.2 模型处理19-22
• 2.2.1 单元选择19-20
• 2.2.2 单位制选择20-21
• 2.2.3 模型简化21-22
• 2.2.4 边界约束22
• 2.3 柔性铰结构有限元处理22-26
• 2.3.1 基本结构22-23
• 2.3.2 参数定义23-24
• 2.3.3 有限元处理24-26
• 2.4 门机结构静力学分析26-29
• 2.4.1 载荷和工况26-27
• 2.4.2 结构分析27-28
• 2.4.3 结果讨论28-29
• 2.5 门机结构模态分析29-34
• 2.5.1 分析理论29-30
• 2.5.2 分析步骤30-31
• 2.5.3 结果讨论31-34
• 第3章 门式起重机瞬态分析34-41
• 3.1 瞬态动力学理论34-37
• 3.1.1 基本运动方程34-35
• 3.1.2 ANSYS求解方法35-36
• 3.1.3 瞬态分析步骤36-37
• 3.2 动力学阻尼选取37
• 3.3 参数化设计37-41
• 3.3.1 APDL技术38
• 3.3.2 参数化分析的实现38-41
• 第4章 门式起重机起升动态特性研究41-52
• 4.1 起升载荷研究41-48
• 4.1.1 起升过程动态特性41-44
• 4.1.2 起升载荷输入44-45
• 4.1.3 APDL命令流45-48
• 4.2 起升响应结果分析48-50
• 4.2.1 起升载荷静力分析48
• 4.2.2 起升动态响应分析48-50
• 4.3 起升响应结果讨论50-52
• 第5章 门式起重机地震动态响应研究52-69
• 5.1 地震基本特性52-53
• 5.1.1 地震波52-53
• 5.1.2 地震震级53
• 5.1.3 地震烈度53
• 5.2 地震载荷研究53-60
• 5.2.1 地震激励结构振动方程54-55
• 5.2.2 地震波选取55-57
• 5.2.3 地震波输入57-58
• 5.2.4 APDL命令流58-60
• 5.3 地震响应结果分析60-67
• 5.3.1 地震载荷静力分析60-61
• 5.3.2 一致输入与多点输入下地震响应分析61-64
• 5.3.3 不同波速下地震响应分析64-67
• 5.4 地震响应结果讨论67-69
• 第6章 门式起重机车轮动态接触研究69-75
• 6.1 仿真分析原理69-70
• 6.2 轮轨有限元模型70-72
• 6.3 动态接触结果讨论72-74
• 6.4 轮轨接触分析结论74-75
• 结论与展望75-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 金学松,温泽峰,张卫华;轮对运动状态对轮轨滚动接触应力的影响[J];工程力学;2004年01期

2 谢治;起重机钢制车轮的有限元接触分析[J];港口装卸;2003年05期

3 沈荣胜;王胜春;张青;;塔式起重机起升动载激励下的瞬态响应分析[J];建筑机械化;2011年08期

4 胡留现;李一帆;王慧萍;;小型门式起重机静力学及模态分析数值模拟的研究[J];矿山机械;2010年15期

5 温泽峰,金学松,张卫华;钢轨轨缝接触-冲击的有限元分析[J];摩擦学学报;2003年03期

6 吉军;张辉;张顺利;李山;;塔式起重机地震响应研究[J];西北师范大学学报(自然科学版);2009年04期

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本文编号：325977