基于ANSYS的塔式起重机关键结构强度及运行可靠性分析

发布时间：2017-09-10 04:43

  本文关键词：基于ANSYS的塔式起重机关键结构强度及运行可靠性分析

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【摘要】：塔式起重机在高层建筑施工中得到广泛运用,但塔式起重机安全事故依然较多,给人民的生命财产和经济生产带了很大的危害,所以有必要对塔式起重机运行的安全可靠性进行分析评估。采用有限元仿真对机械设备进行分析计算可以有效降低分析成本,减短设计时间,在工程中得到了广泛运用。本论文以QTZ63 (5510)塔式起重机为研究分析对象,首先介绍了有限元的基本理论和ANSYS软件,并运用该软件对塔机进行了结构强度、刚度、屈曲稳定性和疲劳寿命和地震响应分析,对该设备安全性、可靠性进行了评估,为改进设计提供依据,也为同类机械装备可靠性分析提供参考。主要内容如下：(1)建立塔机有限元模型。对塔机结构进行简化,利用ANSYS Workbench中的Design Modeler采用自底向上的建模方式进行几何建模,将实体结构的型钢进行抽壳,使用壳单元进行模拟。然后赋予模型单元类型、材料属性,进行联接单元处理和网格划分,生成塔式起重机三维有限元模型。(2)选择塔式起重机六种典型工况进行静力学分析,得到六种工况下的塔式起重机的应力云图和位移云图,找到塔机最大应力位置和最大变形量,并进行了强度和刚度校核,得出塔机刚度和强度满足设计要求并有一定改进空间的结论,对改进塔机设计提出了建议。(3)进行了疲劳分析和线性屈曲分析。依据线性疲劳累积损伤理论,采用集成于ANSYS Workbench环境中ANSYS nCode进行了塔机的疲劳寿命分析,根据各种工况的在实际中的比例,得出塔机疲劳寿命满足设计要求的结论。进行了线性屈曲分析,得到了塔式起重机的临界屈曲载荷。(4)进行了地震响应谱分析。通过对静力学模型进行必要的简化,去除了静力学模型中的风载荷,利用ANSYS软件的动力学模块,进行模态分析,计算出前25阶固有频率和各阶振型图。在结构模态分析和地震谱的基础上,按照模型整体坐标系下X、Y、Z三个坐标轴方向进行施加激励源,得到三个方向的变形云图和应力云图,进行强度和刚度校核,得出塔吊在I类场地7级地震烈度下不会发生断裂或失效破坏的结论。最后对本文的不足之处进行了分析。
【关键词】：塔式起重机 有限元 ANSYS 可靠性 地震响应
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH213.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 塔式起重机发展概况和发展趋势9-12
• 1.1.1 塔式起重机发展概况9-11
• 1.1.2 塔式起重机发展趋势11-12
• 1.2 课题研究的背景和意义12-14
• 1.3 国内外研究现状14-15
• 1.4 课题的主要工作15-17
• 2 有限元分析法与有限元软件介绍17-23
• 2.1 有限元法简介17-20
• 2.1.1 有限元法的形成和发展17-18
• 2.1.2 有限元法的优点18
• 2.1.3 有限元法分析的基本步骤18-19
• 2.1.4 软件上有限元法的实现19-20
• 2.2 有限元分析软件简介20-21
• 2.3 分析软件的选择21-23
• 3 塔式起重机模型建立及静力学分析23-39
• 3.1 QTZ63(5510)塔式起重机基本情况23-25
• 3.1.1 塔机结构简介23
• 3.1.2 主要技术性能23-24
• 3.1.3 起重性能曲线24-25
• 3.2 塔式起重机有限元模型建立25-30
• 3.2.1 模型简化26-27
• 3.2.2 材料参数设定27
• 3.2.3 单元类型选择27-29
• 3.2.4 联接单元处理29-30
• 3.3 网格划分30-31
• 3.4 结构强度、刚度分析31-38
• 3.4.1 加载及约束条件31-32
• 3.4.2 典型工况的选取与分析32-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 塔式起重机疲劳分析与屈曲稳定性分析39-49
• 4.1 疲劳分析39-45
• 4.1.1 疲劳的基本概念39-40
• 4.1.2 疲劳累积损伤理论40-41
• 4.1.3 对塔机进行疲劳分析的意义41
• 4.1.4 疲劳分析过程41-45
• 4.2 线性屈曲稳定性分析45-47
• 4.2.1 基本概念45-46
• 4.2.2 分析的基本过程及结果46-47
• 4.3 本章小结47-49
• 5 塔式起重机地震响应分析49-65
• 5.1 分析的目的和基本方法49
• 5.2 地震简介49-50
• 5.3 结构抗震研究发展概况50-51
• 5.4 地震作用谱分析的计算原理51-53
• 5.4.1 塔机模态分析基础理论51-52
• 5.4.2 振型分解反应谱法52-53
• 5.5 塔式起重机模态分析53-59
• 5.6 塔式起重机地震谱分析59-64
• 5.7 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-72
• 致谢72

【参考文献】

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本文编号：824812