椭圆伸缩吊臂动态特性研究与轻量化设计

发布时间：2017-05-05 13:04

  本文关键词：椭圆伸缩吊臂动态特性研究与轻量化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当前,铁路起重机已经成为保证铁路畅通不可或缺的重要装备,作为铁路起重机的主要承载构件,伸缩吊臂的设计合理与否对起重机的承载能力、整机实用性和安全可靠性有很大影响。同时,随着铁路起重机大型化、高速化,伸缩吊臂的动态特性越来越不容忽视。本文以铁路救援起重机三节伸缩吊臂为研究对象,探析了椭圆形伸缩吊臂动态特性,并对其结构轻量化技术进行了研究。主要内容如下：(1)基于Ansys workbench协同仿真平台,完成了新型椭圆形截面伸缩吊臂的参数化建模、有限元分析。采用目标驱动优化模块对椭圆形截面伸缩吊臂进行轻量化设计。研究了各输入与输出参数的相关性、灵敏度。优化后的伸缩吊臂自重降低了27.97%,轻量化设计效果显著。(2)为研究伸缩吊臂在吊重被突然提升离地、吊重悬空静止时开始起升、吊重匀速上升时制动三种工况的真实动态特性,引入了钢丝绳阻尼系数,建立了运动微分方程,推导出相应工况的动态载荷的理论计算公式,得出了载荷时程曲线。(3)采用模态分析得出椭圆形截面伸缩吊臂前六阶模态振型与固有频率。谐响应分析对各振型与频率进行筛选,得出：变幅平面内频率2.8Hz与16.4Hz,回转平面内频率2.2Hz与12.5Hz为所在平面的共振频率,并用具体数据对比说明：变幅平面第二阶固有频率为椭圆形截面伸缩吊臂最易发生共振的频率。(4)给出了伸缩吊臂瞬态动力学的常用求解方法。研究了载荷频率与伸缩吊臂固有频率比值对椭圆形截面伸缩吊臂最大应力的影响,得出了关系曲线图。曲线表明频率比在0.6-1.4之间,伸缩吊臂应力变化非常大,比值为1时达到峰值。对比了共振与非共振情况下椭圆形截面伸缩吊臂振动情况。结果表明：在共振区间,即使载荷振幅衰减较快,椭圆形截面伸缩吊臂振幅同样会急速攀升,最大应力很容易超过材料的屈服极限。(5)采用了指数衰减函数模拟伸缩吊臂卸载过程。研究了卸载时间与伸缩吊臂卸载后由于振动产生的最大应力之间的关系。并对不同卸载时间的振动曲线进行了分析。结果表明：卸载时间小于0.1 s时,最大应力将大于椭圆形截面伸缩吊臂静态分析中的最大应力值,这可能超过椭圆形截面伸缩吊臂许用应力值,给伸缩吊臂带来破坏。在0-0.4s之间,应力下降非常迅速,之后趋于平缓。因此,应尽可能的延长卸载时间,减小振动。
【关键词】：椭圆形截面 伸缩吊臂 轻量化设计 动态载荷 共振 频率比 卸载时间
【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】：TH218
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景11-12
• 1.1.1 工程机械发展现状与美好前景11
• 1.1.2 选题背景及工程意义11-12
• 1.2 伸缩吊臂截面型式12-13
• 1.3 静态优化设计技术与伸缩吊臂优化研究现状13-16
• 1.3.1 静态优化设计技术13-15
• 1.3.2 伸缩吊臂优化研究现状15-16
• 1.4 结构动力学分析技术与伸缩吊臂动力学研究现状16-17
• 1.4.1 结构动力学分析技术16
• 1.4.2 伸缩吊臂动力学研究现状16-17
• 1.5 论文研究的主要内容17-18
• 第2章 椭圆形伸缩吊臂轻量化设计18-42
• 2.1 Ansys workbench简介18-19
• 2.2 椭圆形截面19-20
• 2.3 参数化几何建模20
• 2.4 椭圆形截面伸缩吊臂有限元分析20-29
• 2.4.1 材料选择20-21
• 2.4.2 网格划分21-23
• 2.4.3 边界条件23-24
• 2.4.4 载荷计算24-25
• 2.4.5 求解及后处理25-29
• 2.5 椭圆形截面伸缩吊臂轻量化设计29-41
• 2.5.1 优化数学模型30
• 2.5.2 样本设计30-33
• 2.5.3 响应面设计33-37
• 2.5.4 参数相关性分析37-39
• 2.5.5 优化及结果分析39-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第3章 伸缩吊臂的动载荷计算42-50
• 3.1 工况一：吊重悬空静止时开始起升42-46
• 3.2 工况二：吊重被突然提升离地46-47
• 3.3 工况三：吊重匀速上升时制动47-48
• 3.4 工况四：吊重卸载48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 椭圆形截面伸缩吊臂动力学特性分析50-59
• 4.1 椭圆形截面伸缩吊臂模态分析50-55
• 4.1.1 模态分析理论51
• 4.1.2 常见模态分析方法51-53
• 4.1.3 基于Ansys workbench的椭圆形截面伸缩吊臂模态分析53-55
• 4.2 椭圆形截面伸缩吊臂谐响应分析55-58
• 4.2.1 谐响应分析理论55-56
• 4.2.2 基于Ansys workbench的椭圆形截面伸缩吊臂谐响应分析56-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 瞬态动力学响应分析59-71
• 5.1 瞬态动力学分析理论59-60
• 5.2 瞬态动力学数值算法60-62
• 5.2.1 Rayleigh-Ritz分析法60
• 5.2.2 子空间迭代法60-61
• 5.2.3 Lanczos法61-62
• 5.3 相关参数设置62
• 5.3.1 积分步长的合理选取62
• 5.3.2 阻尼的合理选取62
• 5.4 工况二下椭圆形截面伸缩吊臂瞬态动力学分析62-67
• 5.4.1 载荷选取62-63
• 5.4.2 结果分析63-67
• 5.5 工况四下椭圆形截面伸缩吊臂瞬态动力学分析67-69
• 5.5.1 载荷选取67-68
• 5.5.2 结果分析68-69
• 5.6 本章小结69-71
• 结论71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研成果77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：346375