大长细比桁架式起重臂的非线性相似设计
发布时间：2022-02-08 20:03
对于工程领域中具有大长细比及明显非线性特征的大型起重机械的臂架系统,国内通过类比、仿制方法解决单机设计与制造问题,缺乏具体的设计方法和理论基础。近年来随着计算机及有限元等数值方法的发展,出现了诸如优化设计、有限元设计、模块化设计等现代设计方法,使起重机的设计进入了一个新的阶段。但该类方法属于一种“后期设计”方法,即在产品已有初步结构参数的基础上进行校核改进或数值优化,仍然没有解决上述问题。为降低设计成本,提高设计效率,加强对优化后的标杆产品的继承性,实现快速设计,本文针对经典相似理论在非线性领域存在理论不完善而导致应用受限的问题,研究了大变形条件下基于原型产品的目标产品的非线性相似设计方法。课题源于国家自然科学基金资助项目《大长细比起重臂的非线性相似设计机理及系统相似动力学分析方法研究》（项目批准号：51475068）,主要研究内容如下：（1）以大长细比结构中应用广泛的履带起重机主臂为研究对象,分析其受力特点,建立主臂在载荷组合Ⅱ,起升与回转运动同时进行时变幅与回转平面内的受力模型。（2）在假设原型产品各需求参数均已知的前提下,基于相似理论通过引入位移势函数对有限元基本方程组进行势函数...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 大长细比起重臂结构的发展及设计现状
1.1.1 大长细比起重臂结构的发展现状
1.1.2 大长细比起重臂结构的设计现状
1.2 经典相似理论的发展及研究现状
1.2.1 经典相似理论的发展及应用
1.2.2 非线性结构的相似有限元分析方法进展
1.2.3 经典相似理论在应用中存在的不足
1.3 本课题的研究意义及主要内容
1.3.1 课题来源及研究意义
1.3.2 课题研究内容
2 履带起重机桁架臂的工况组合形式及力学模型建立
2.1 桁架臂的工况组合形式及工况选择
2.1.1 桁架臂的工况组合形式
2.1.2 桁架臂系统的工况选择
2.2 桁架臂系统的工作状态及载荷组合选择
2.2.1 桁架臂系统的工作状态选择
2.2.2 桁架臂系统的载荷组合选择
2.3 桁架臂系统主臂受力模型建立
2.3.1 桁架臂系统变幅平面内的受力分析
2.3.2 桁架臂系统回转平面内的受力分析
2.4 本章小结
3 基于相似理论的非线性相似准则建立
3.1 桁架结构的惯性矩等效
3.1.1 等截面桁架臂结构的惯性矩等效
3.1.2 变截面桁架臂结构的惯性矩计算
3.2 基于单元坐标系的相似准则推导
3.2.1 线弹性条件下的有限元基本方程
3.2.2 有限元基本方程的势函数表示
3.2.3 基本方程势函数的无量纲化处理
3.2.4 基于无量纲化方程的相似准则推导
3.3 单元坐标系到整体坐标系的参数转换
3.3.1 普通单元坐标系到整体坐标系的参数转换
3.3.2 简支梁式单元坐标系到整体坐标系的参数转换
3.4 本章小结
4 大长细比桁架结构的非线性相似设计
4.1 桁架结构弦杆截面的相似设计方法
4.1.1 桁架结构初始设计参数的选择
4.1.2 桁架结构弦杆截面尺寸的相似设计
4.2 桁架结构宽度和高度的相似设计方法
4.2.1 实腹式结构长细比计算
4.2.2 桁架式结构宽度和高度的设计
4.3 桁架结构腹杆尺寸及布置的相似设计
4.3.1 桁架结构腹杆布置形式的选择
4.3.2 桁架结构腹杆尺寸及其与弦杆夹角的相似设计
4.4 本章小结
5 履带起重机桁架结构相似设计的应用实例
5.1 原型产品桁架臂简化模型建立
5.1.1 原型产品桁架臂的惯性矩等效
5.1.2 桁架结构各铰点坐标的转换
5.2 原型产品桁架臂的非线性分析
5.2.1 原型产品桁架臂的有限元模型建立
5.2.2 原型产品桁架臂的特征值屈曲分析
5.2.3 原型产品桁架臂的非线性分析
5.3 设计目标桁架臂的相似设计
5.3.1 设计目标桁架臂弦杆截面积的相似设计
5.3.2 设计目标桁架臂宽度和高度的相似设计
5.3.3 桁架臂腹杆尺寸及其与弦杆夹角的相似设计
5.4 设计目标桁架臂参数与LR11350参数对比
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]相似理论研究进展及在大长细比起重臂结构设计中的应用前景分析[J]. 王鹏,曹旭阳,李佐斌. 工程机械与维修. 2015(S1)
[2]相似理论在大型复杂构件有限元分析中的应用[J]. 李新华,曹伟魏,唐敏. 机械设计与研究. 2013(05)
[3]锂离子电池应力应变场的相似准则推导与有限元验证[J]. 程洪正,张立军,阮丞,刁坤. 中国科学:技术科学. 2013(06)
[4]基于相似理论解决水轮机转轮数值分析困难的方法[J]. 姬书得,张利国,刘雪松,方洪渊,于东媛. 机械工程学报. 2010(08)
[5]相似理论及其在机械工程中的应用[J]. 胡冬奎,王平. 现代制造工程. 2009(11)
[6]相似理论在混凝土结构振动台模型设计中的应用[J]. 李宗森,余萍,胡孝平. 国外建材科技. 2008(01)
[7]空间网格结构几何非线性有限元分析方法的研究[J]. 董石麟,张志宏,李元齐. 计算力学学报. 2002(03)
[8]岳阳洞庭湖大桥模型动力相似理论分析[J]. 陈常松,颜东煌,田仲初,李学文. 桥梁建设. 2002(01)
[9]汽车结构的大变形动态相似准则及相似计算精度[J]. 雷正保. 实验力学. 2000(04)
[10]起重机模型试验的相似性分析[J]. 张氢,卢耀祖,石来德. 起重运输机械. 2000(12)
博士论文
[1]弹性梁几何非线性问题的位置有限元法及其应用研究[D]. 刘健.山东大学 2012
[2]杆系结构几何非线性动静态分析方法及其在塔机中的应用[D]. 张宏生.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]履带起重机格构式臂架设计计算及可靠性分析[D]. 杨军斌.太原科技大学 2013
[2]带有腰绳辅助装置的桁架臂非线性分析[D]. 衣启青.大连理工大学 2012
[3]250t履带起重机臂架设计[D]. 时明军.山东大学 2010
[4]履带起重机臂架结构的参数化系统开发及优化设计[D]. 袁晶凤.东北大学 2010
[5]履带起重机设计程序研究及实现[D]. 徐一.大连理工大学 2009
[6]履带起重机臂架有限元简化模型稳定性分析[D]. 马青.大连理工大学 2009
[7]履带起重机总体参数确定及臂架设计原理研究[D]. 余振伟.东北大学 2008
[8]大柔度格构式动臂塔机非线性及稳定性分析[D]. 刘俊秀.哈尔滨工业大学 2007
[9]大型履带式起重机总体设计系统软件设计[D]. 罗琰峰.大连理工大学 2006
[10]大跨度斜拉桥几何非线性分析[D]. 尹超.西南交通大学 2005
本文编号：3615662
【文章来源】：大连理工大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 大长细比起重臂结构的发展及设计现状
1.1.1 大长细比起重臂结构的发展现状
1.1.2 大长细比起重臂结构的设计现状
1.2 经典相似理论的发展及研究现状
1.2.1 经典相似理论的发展及应用
1.2.2 非线性结构的相似有限元分析方法进展
1.2.3 经典相似理论在应用中存在的不足
1.3 本课题的研究意义及主要内容
1.3.1 课题来源及研究意义
1.3.2 课题研究内容
2 履带起重机桁架臂的工况组合形式及力学模型建立
2.1 桁架臂的工况组合形式及工况选择
2.1.1 桁架臂的工况组合形式
2.1.2 桁架臂系统的工况选择
2.2 桁架臂系统的工作状态及载荷组合选择
2.2.1 桁架臂系统的工作状态选择
2.2.2 桁架臂系统的载荷组合选择
2.3 桁架臂系统主臂受力模型建立
2.3.1 桁架臂系统变幅平面内的受力分析
2.3.2 桁架臂系统回转平面内的受力分析
2.4 本章小结
3 基于相似理论的非线性相似准则建立
3.1 桁架结构的惯性矩等效
3.1.1 等截面桁架臂结构的惯性矩等效
3.1.2 变截面桁架臂结构的惯性矩计算
3.2 基于单元坐标系的相似准则推导
3.2.1 线弹性条件下的有限元基本方程
3.2.2 有限元基本方程的势函数表示
3.2.3 基本方程势函数的无量纲化处理
3.2.4 基于无量纲化方程的相似准则推导
3.3 单元坐标系到整体坐标系的参数转换
3.3.1 普通单元坐标系到整体坐标系的参数转换
3.3.2 简支梁式单元坐标系到整体坐标系的参数转换
3.4 本章小结
4 大长细比桁架结构的非线性相似设计
4.1 桁架结构弦杆截面的相似设计方法
4.1.1 桁架结构初始设计参数的选择
4.1.2 桁架结构弦杆截面尺寸的相似设计
4.2 桁架结构宽度和高度的相似设计方法
4.2.1 实腹式结构长细比计算
4.2.2 桁架式结构宽度和高度的设计
4.3 桁架结构腹杆尺寸及布置的相似设计
4.3.1 桁架结构腹杆布置形式的选择
4.3.2 桁架结构腹杆尺寸及其与弦杆夹角的相似设计
4.4 本章小结
5 履带起重机桁架结构相似设计的应用实例
5.1 原型产品桁架臂简化模型建立
5.1.1 原型产品桁架臂的惯性矩等效
5.1.2 桁架结构各铰点坐标的转换
5.2 原型产品桁架臂的非线性分析
5.2.1 原型产品桁架臂的有限元模型建立
5.2.2 原型产品桁架臂的特征值屈曲分析
5.2.3 原型产品桁架臂的非线性分析
5.3 设计目标桁架臂的相似设计
5.3.1 设计目标桁架臂弦杆截面积的相似设计
5.3.2 设计目标桁架臂宽度和高度的相似设计
5.3.3 桁架臂腹杆尺寸及其与弦杆夹角的相似设计
5.4 设计目标桁架臂参数与LR11350参数对比
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]相似理论研究进展及在大长细比起重臂结构设计中的应用前景分析[J]. 王鹏,曹旭阳,李佐斌. 工程机械与维修. 2015(S1)
[2]相似理论在大型复杂构件有限元分析中的应用[J]. 李新华,曹伟魏,唐敏. 机械设计与研究. 2013(05)
[3]锂离子电池应力应变场的相似准则推导与有限元验证[J]. 程洪正,张立军,阮丞,刁坤. 中国科学:技术科学. 2013(06)
[4]基于相似理论解决水轮机转轮数值分析困难的方法[J]. 姬书得,张利国,刘雪松,方洪渊,于东媛. 机械工程学报. 2010(08)
[5]相似理论及其在机械工程中的应用[J]. 胡冬奎,王平. 现代制造工程. 2009(11)
[6]相似理论在混凝土结构振动台模型设计中的应用[J]. 李宗森,余萍,胡孝平. 国外建材科技. 2008(01)
[7]空间网格结构几何非线性有限元分析方法的研究[J]. 董石麟,张志宏,李元齐. 计算力学学报. 2002(03)
[8]岳阳洞庭湖大桥模型动力相似理论分析[J]. 陈常松,颜东煌,田仲初,李学文. 桥梁建设. 2002(01)
[9]汽车结构的大变形动态相似准则及相似计算精度[J]. 雷正保. 实验力学. 2000(04)
[10]起重机模型试验的相似性分析[J]. 张氢,卢耀祖,石来德. 起重运输机械. 2000(12)
博士论文
[1]弹性梁几何非线性问题的位置有限元法及其应用研究[D]. 刘健.山东大学 2012
[2]杆系结构几何非线性动静态分析方法及其在塔机中的应用[D]. 张宏生.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]履带起重机格构式臂架设计计算及可靠性分析[D]. 杨军斌.太原科技大学 2013
[2]带有腰绳辅助装置的桁架臂非线性分析[D]. 衣启青.大连理工大学 2012
[3]250t履带起重机臂架设计[D]. 时明军.山东大学 2010
[4]履带起重机臂架结构的参数化系统开发及优化设计[D]. 袁晶凤.东北大学 2010
[5]履带起重机设计程序研究及实现[D]. 徐一.大连理工大学 2009
[6]履带起重机臂架有限元简化模型稳定性分析[D]. 马青.大连理工大学 2009
[7]履带起重机总体参数确定及臂架设计原理研究[D]. 余振伟.东北大学 2008
[8]大柔度格构式动臂塔机非线性及稳定性分析[D]. 刘俊秀.哈尔滨工业大学 2007
[9]大型履带式起重机总体设计系统软件设计[D]. 罗琰峰.大连理工大学 2006
[10]大跨度斜拉桥几何非线性分析[D]. 尹超.西南交通大学 2005
本文编号：3615662
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