基于有限元的臂架系统非线性分析方法研究及应用

发布时间：2016-12-03 20:23

  本文关键词：有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

《大连理工大学》 2008年

基于有限元的臂架系统非线性分析方法研究及应用

卜筠燕  

【摘要】： 臂架作为履带起重机的主要承载结构件,其设计和制造质量直接关系着起重机的整机安全性。对大型履带起重机的长臂架系统,一般臂架柔度较大,而且在起臂和作业时均受自重与轴向载荷的作用,从而导致大变形和应力,属于非线性范畴。为了改善其应力及变形,需要增加腰绳辅助装置,但这使得受力分析变得更为复杂。本文的目的在于研究臂架系统的非线性计算方法,将其应用于超长臂架系统的分析及腰绳结构的设计计算中,分析其非线性影响,进而掌握这类臂架的受力规律,指导实际设计。 本文根据几何非线性有限元分析理论,采用稳定函数法和带动坐标的混合法,对臂架系统几何非线性的两个主要影响因素(大变形效应和弯矩轴向力组合效应)进行处理;针对臂架系统,提出了有限元计算的模型简化方法以及边界条件的模拟方法,并在此基础上编制了用于臂架系统非线性分析的有限元程序,通过计算说明了臂架系统的非线性影响不容忽视。本文还研究了臂架系统的非线性分析在ANSYS中的实现方法,将其计算结果与本文所提出实现方法的计算结果进行对比,验证了本文所提出的实现方法和程序的合理性、可行性。最后,本文将臂架系统非线性分析的有限元程序应用于腰绳设计中,以大连理工大学机械工程学院和徐工集团徐州重型机械有限公司合作开发的450t履带起重机为实例,研究了腰绳计算中的非线性影响,对腰绳设计参数(包括腰绳长度及安装位置)作了影响分析,提出了补偿式腰绳结构,并且验证了该结构的有效性。

【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU646
【目录】：

摘要4-5

Abstract5-8

1 绪论8-13

1.1 履带起重机概述8-10

1.1.1 履带起重机的结构组成8-9

1.1.2 履带起重机的现状及发展趋势9-10

1.2 课题研究的背景10

1.3 课题研究的目的及方法讨论10-12

1.4 本文的主要研究内容12-13

2 臂架系统几何非线性分析的有限元法13-29

2.1 臂架系统的几何非线性分析13-22

2.1.1 臂架系统的结构特点13-15

2.1.2 臂架系统的几何非线性因素15-22

2.2 几何非线性有限元方程的数值解法22-26

2.2.1 增量法22-23

2.2.2 迭代法23-24

2.2.3 混合法24

2.2.4 带动坐标的混合法24-26

2.3 非线性分析中关键问题的处理26-28

2.3.1 增量步长选择26-27

2.3.2 收敛准则27-28

2.4 本章小结28-29

3 臂架系统非线性分析有限元程序的实现29-43

3.1 臂架系统的有限元模型29-32

3.1.1 臂架系统的结构组成29

3.1.2 模型的简化方法29-32

3.2 臂架系统模型边界条件的模拟方法32-35

3.2.1 边界条件32-33

3.2.2 模拟方法33-35

3.3 臂架系统非线性分析程序35-40

3.3.1 程序的特点、功能和适用范围35-36

3.3.2 程序的内部规定36-37

3.3.3 程序的内部结构37-38

3.3.4 非线性计算主程序38-40

3.4 臂架系统的非线性影响分析40-42

3.5 本章小结42-43

4 臂架系统非线性分析在ANSYS中的实现43-52

4.1 ANSYS软件简介43-44

4.2 臂架系统的单元选取44-45

4.3 几何非线性在ANSYS中的分析方法45-48

4.3.1 牛顿—拉普森方法(NR方法)45-46

4.3.2 结构非线性分析的一般步骤46-48

4.4 算例分析与结果对比48-50

4.5 本章小结50-52

5 臂架系统非线性分析程序在腰绳设计中的应用52-67

5.1 腰绳辅助装置简介52-53

5.2 腰绳计算中的非线性影响分析53-55

5.3 腰绳设计参数影响分析55-60

5.3.1 腰绳长度影响分析55-57

5.3.2 腰绳安装位置影响分析57-60

5.4 超起型臂架系统腰绳设计60-66

5.4.1 补偿式腰绳工作原理61-64

5.4.2 算例分析64-66

5.5 本章小结66-67

结论67-68

参考文献68-70

攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71

致谢71-72

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【引证文献】

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本文编号：203808