高空作业平台薄壁箱型臂架的结构分析及优化

发布时间：2017-04-11 14:28

  本文关键词：高空作业平台薄壁箱型臂架的结构分析及优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着材料科学的不断发展，高强钢的屈服强度被不断的刷新高度，目前一些企业已经能够生产出屈服强度已达到900MPa以上的高强钢，这就使得机械中很多箱形臂架结构的壁厚越来越薄。对于薄壁结构当受到外载荷时，结构内部不但有弯曲应力，而且会产生薄膜应力。并且壁厚不同，结构的薄膜应力与弯曲应力所占比值不同，这与厚壁结构的力学特性是不同的，然而对薄壁箱形结构的研究以及成熟理论却很少，对于薄壁箱形臂架的设计还是根据以前的设计方法以及设计经验。对于薄壁箱形结构,在强度满足要求的前提下，还有两个较为突出的问题，一是局部稳定性问题，二是动态特性的问题。 本文以高空作业平台的作业臂为对象，针对结构的静力学、动力学以及局部稳定性对薄壁箱形臂架进行了研究。讨论了作业臂在工作中的载荷情况，对作业臂的静力学问题分别进行了解析法计算与有限元法计算，并对计算结果进行了对比，对误差做出了分析。对作业臂的动力学问题进行了模态分析以及瞬态响应分析，得出作业臂前八阶的固有频率及振型。瞬态响应分析以人在平台上的动态载荷为激励，得出作业臂对于激励的响应曲线。对于作业臂比较突出的局部稳定性问题，采用了两种计算方法对作业臂进行分析，，并且对计算结果进行比较和误差分析。最后根据对于前面的分析，对于作业臂的不足之处进行了结构优化。并对得出的优化结果进行了有限元分析验证。
【关键词】：薄壁箱形结构 静力分析 瞬态响应分析 屈曲分析 结构优化
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH211.6
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 薄壁箱形臂架结构简介10-11
• 1.2 箱形臂架结构在高空作业平台的应用11
• 1.3 高空作业平台发展现状11-12
• 1.3.1 国外高空作业平台发展概况11
• 1.3.2 我国高空作业平台发展概况11-12
• 1.3.3 高空作业平台作业臂研究现状12
• 1.4 课题研究的意义及研究内容12-16
• 1.4.1 课题研究的背景及意义12-13
• 1.4.2 课题的主要研究内容13-16
• 第二章 高空作业平台薄壁箱形臂架结构分析16-30
• 2.1 作业臂载荷分析与研究16-17
• 2.2 伸缩臂受力分析17-19
• 2.2.1 计算模型的简化17-18
• 2.2.2 作业臂参数的定义与计算18
• 2.2.3 危险工况分析18-19
• 2.3 伸缩臂架刚度及弯矩计算19-23
• 2.3.1 伸缩臂架在变幅平面内的刚度计算19-21
• 2.3.2 回转平面内的刚度计算21-23
• 2.4 作业臂任意截面处的最大正应力计算23-26
• 2.5 截面切应力的计算26-28
• 2.6 各个工况下的复合应力及位移的计算结果28
• 2.7 本章小结28-30
• 第三章 臂架的有限元静力分析30-40
• 3.1 有限元单元法简介30
• 3.2 有限元模型的建立30-34
• 3.2.1 臂架模型的建立及简化30-31
• 3.2.2 单元选择与网格划分31-34
• 3.3 静载荷应力计算结果及分析34-37
• 3.4 两种算法的比较37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第四章 臂架的动力学分析40-48
• 4.1 动力学分析的理论及方法40-42
• 4.2 臂架的模态分析42-45
• 4.2.1 模态分析方法42
• 4.2.2 模态分析结果及分析42-45
• 4.3 作业臂的瞬态响应分析45-47
• 4.3.1 瞬态动力学分析方法45-46
• 4.3.2 瞬态分析计算结果46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 高空作业平台薄壁箱形臂架的屈曲分析48-64
• 5.1 薄板屈曲的理论基础及计算方法48-54
• 5.1.1 薄壁构件计算的基础方程48-50
• 5.1.2 屈曲临界值理论基础50
• 5.1.3 临界载荷计算的能量法50-52
• 5.1.4 规范规定的算法52-54
• 5.2 工作臂危险截面的屈曲临界应力计算54-57
• 5.2.1 屈曲临界应力计算方法54-56
• 5.2.2 各工况下规范规定算法的计算结果56-57
• 5.3 作业臂的有限元屈曲分析57-61
• 5.3.1 有限元屈曲分析理论与方法57
• 5.3.2 二节臂屈曲特征值计算步骤与结果57-61
• 5.4 两种算法的结果比较61-62
• 5.5 本章小结62-64
• 第六章 高空作业平台作业臂结构优化设计研究64-74
• 6.1 结构优化设计的理论基础64-65
• 6.1.1 优化理论简述64
• 6.1.2 最优化方法分类64-65
• 6.2 臂架优化方法选择与优化模型的建立65-66
• 6.2.1 优化设计方法的选择65-66
• 6.2.2 臂架尺寸优化的数学模型66
• 6.3 臂架优化设计66-72
• 6.3.1 优化设计的流程66-67
• 6.3.2 实验设计法67-68
• 6.3.3 敏感度与响应曲面68-72
• 6.4 本章小结72-74
• 第七章 总结与展望74-76
• 7.1 总结74
• 7.2 展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 攻读学位期间参与的工程项目及发表的学术论文82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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1 滕儒民;高空作业车臂架系统快速设计及其运动规划研究[D];大连理工大学;2012年

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本文编号：299311