基于参数化建模的塔式起重机稳定性分析及优化设计

发布时间：2017-04-11 11:14

  本文关键词：基于参数化建模的塔式起重机稳定性分析及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：塔式起重机是现代建筑施工的关键设备，其作业繁重、安全性要求高。塔式起重机在起吊、卸载货物时需要承受较大的冲击载荷，工作环境较为恶劣，保证其作业安全性能特别重要。在对塔式起重机进行设计时，以往的线性和小变形传统分析已不能满足塔式起重机的设计要求。结构的大位移计算分析方法和ANSYS等有限元分析软件的使用具有高精度和高分析效率的特点，在工程设计中得到越来越多的应用。本文以塔式起重机塔身、臂架为研究对象，对其进行在弹性范围内的线性和非线性屈曲分析，，把两种有限元分析结果分别与传统方法进行比较，再对其进行优化设计，以保证了臂架材料的有效利用和塔式起重机的安全性。 考虑到塔式起重机的结构特点、受载情况和支承条件，运用APDL语言和编程软件实现塔式起重机结构的ANSYS分析可视化参数建模。利用参数化模型对不同型号的塔身进行线性和非线性的屈曲分析，得到塔身的屈曲临界载荷；再通过等效惯性矩法把塔身格构式结构等效为实腹式结构，并利用该方法计算出塔身不同标准节数的屈曲临界载荷；与之前由ANSYS软件计算得到的临界载荷比较，进行相互验证。本文还对塔身在不同载荷、不同标准节数情况下进行模拟求解，以分析高度、弯矩对塔身的影响，并在此基础上对塔身和塔帽受载较大的整机结构的五种最危险工况进行非线性稳定性分析。基于力学分析,对塔机臂架进行优化设计，使臂架各标准节与杆件尺寸更为均衡合理，使影响较长臂架力学性能的材料分布更加合理且得到充分利用，同时也保证了塔式起重机的作业安全性能。
【关键词】：塔式起重机 杆系结构 非线性 屈曲稳定性 等效惯性矩法 优化
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH213.3
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 塔式起重机概述9-10
• 1.2 塔机国内外研究现状10-14
• 1.2.1 结构的稳定性和优化研究现状10-13
• 1.2.2 塔式起重机现代设计与制造动向13-14
• 1.3 本文研究内容及意义14-17
• 1.3.1 研究意义14
• 1.3.2 研究内容与创新点14-17
• 第2章 塔式起重机结构参数化建模17-29
• 2.1 塔式起重机类型与组成17
• 2.1.1 塔机的类型17
• 2.1.2 塔式起重机的组成17
• 2.2 塔式起重机结构参数化建模特征17-19
• 2.2.1 塔身腹杆常见布置形式17-18
• 2.2.2 塔机结构材料选择18
• 2.2.3 塔机参数化建模规则18-19
• 2.3 塔式起重机参数化建模方法19-27
• 2.3.1 APDL 语言规则及其赋值方式19-21
• 2.3.2 模型规律及循环语句21-22
• 2.3.3 塔机建模的参数化22
• 2.3.4 塔身建模的参数化22-24
• 2.3.5 臂架的参数化建模24-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 基于参数化模型的稳定性分析及比较29-47
• 3.1 弹性稳定性分析理论29-35
• 3.1.1 大变形下应变的度量29-31
• 3.1.2 应力的度量31-32
• 3.1.3 几何非线性的表达形式32
• 3.1.4 相关有限元方程32-33
• 3.1.5 有限元方程的求解33-35
• 3.2 等效惯性矩法35-37
• 3.2.1 格构式构件侧向位移计算公式35-36
• 3.2.2 极限载荷计算公式36-37
• 3.3 塔式起重机塔身稳定性分析37-43
• 3.3.1 极限载荷计算公式37-38
• 3.3.2 高度对塔身稳定性影响38-41
• 3.3.3 弯矩对塔身稳定性影响41-43
• 3.4 塔式起重机整机结构的稳定性分析43-46
• 3.4.1 塔式起重机稳定性分析工况43
• 3.4.2 各工况稳定性分析43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 塔式起重机臂架模态分析47-55
• 4.1 模态分析47
• 4.2 模态分析理论基础47-49
• 4.2.1 结构的固有频率47-48
• 4.2.2 模态正交性、模态刚度48
• 4.2.3 模态方程48-49
• 4.3 模态的提取方法49-50
• 4.4 塔式起重机臂架模态50-53
• 4.4.1 模态分析步骤50-51
• 4.4.2 臂架模态分析51-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 塔式起重机臂架优化55-65
• 5.1 优化设计模型参量55-57
• 5.2 ANSYS 优化设计步骤57-59
• 5.2.1 提取有限元静力计算结果57-58
• 5.2.2 提取稳定性计算结果58-59
• 5.3 臂架的优化59-60
• 5.3.1 约束条件的确定59
• 5.3.2 建立目标函数及优化方法的选择59-60
• 5.4 塔式起重机臂架优化分析结果60-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间发表文章情况72-73

【参考文献】

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