基于ANSYS的塔机起重臂结构分析与优化设计

发布时间：2017-04-23 12:03

  本文关键词：基于ANSYS的塔机起重臂结构分析与优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：塔式起重机属于一种非连续性搬运机械,主要完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备,广泛应用于工业与民用建筑施工中。起重臂架是塔式起重机的重要承载部件之一,由于它长度长,自重较大,是结构强度较为薄弱的环节,故障率高,危害性大,因此,其力学性能对整机能否正常运转有直接的影响。在保证起重臂的强度、刚度和稳定性的条件下尽量减轻起重臂的自重(体积),有利于提高起重机的承载能力和整体稳定性。 塔机的水平臂架是一个双向压弯构件,自重、吊重、风载荷、惯性载荷共同使臂架产生了内力,并且在沿起重臂长度方向上各截面所产生的内力的值是不同的,如果采用等截面的起重臂,会浪费很多材料,并且会影响起重臂的承载能力。因此,采用变截面起重臂的设计,按内力分布来决定所需的截面尺寸,这样,设计出来的起重臂,其自重会相应的减少,而且同样能达到起重臂的设计性能要求。 目前国内外学者广泛使用ANSYS、ALGOR、ABAQUS等有限元分析软件对起重臂进行设计计算,许多学者都对塔机起重臂做过优化设计,但大都以起重臂各杆件使用的型钢规格为设计变量,有部分学者还以起重臂整体截面尺寸、吊点位置等为设计变量,针对三种典型工况(最小幅度处；吊点跨中处；最大幅度处)加载、分析及优化设计,但还未考虑过在相邻两起重臂节上弦杆间设计一个合适的高度差,并以此作为设计变量对起重臂进行优化设计的情况,因此本文将结合这一点来进行研究。 本文以QTZ4810塔机的起重臂为研究对象,首先建立等截面尺寸起重臂的模型,对其加载,分析,根据分析结果对起重臂节分组(考虑到经济性,不能8节起重臂八种规格,尽可能使受力情况相差不大的起重臂为同一规格),然后以其各杆件的规格尺寸和相邻两起重臂架节上弦杆间的高度差为设计变量,以满足起重臂强度、刚度和稳定性要求为前提条件,以起重臂总体积尽量小为目标,采用一阶法,最大迭代30次,对其作了优化分析设计。最终得出了一组合理的结果,结合型钢的规格表,对结果进行圆整得出最终优化后尺寸。 为保证起重臂的性能,本文最后还以优化后尺寸建立模型,重新加载分析计算,结果表明优化后的模型同样能够满足起重臂的性能要求,并且体积较优化前减小了约29.29%,比目前生产使用的已稍作优化的起重臂体积还减小了约23.73%。另外,整个过程,本文都是针对五种典型工况(以往学者考虑的三种工况,外加两拉杆吊点位置处两种工况)进行的,因此分析计算结果较三种工况的结果更能反应真实情况,结果更可靠。
【关键词】：塔式起重机 起重臂 ANSYS 高度差 一阶法 优化设计
【学位授予单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH213.3
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 塔式起重机的发展史14-15
• 1.2 塔机的研究现状15-17
• 1.3 塔机的组成与分类17-19
• 1.3.1 塔机的组成17-18
• 1.3.2 塔式起重机的分类18-19
• 1.4 ANSYS及APDL简介19-20
• 1.4.1 ANSYS简介19
• 1.4.2 APDL简介19-20
• 1.5 本文研究的内容及意义20-21
• 1.6 本章小结21-22
• 第二章 塔机起重臂的有限元参数化建模22-33
• 2.1 建立有限元模型22-31
• 2.1.1 简化模型22-23
• 2.1.2 单位与坐标系的选择23
• 2.1.3 单元类型及材料参数23-25
• 2.1.4 参数化模型的建立及网格划分25-27
• 2.1.5 约束与载荷的处理27-31
• 2.2 求解及后处理31-32
• 2.2.1 求解31-32
• 2.2.2 后处理32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 塔式起重机臂架的力学分析33-42
• 3.1 塔机臂架结构的强度分析33-36
• 3.2 塔机臂架结构的刚度分析36-39
• 3.3 塔机起重臂模态分析39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 塔式起重机臂架结构的优化设计42-60
• 4.1 优化设计42-44
• 4.1.1 优化设计的产生42
• 4.1.2 ANSYS优化设计42-43
• 4.1.3 优化设计的基本概念43-44
• 4.2 优化设计步骤44-45
• 4.3 塔机臂架结构的优化设计45-55
• 4.3.1 生成分析文件45-51
• 4.3.2 指定分析文件及优化变量51-53
• 4.3.3 进行优化及读取结果53-55
• 4.4 优化结果的校核55-59
• 4.4.1 强度要求验证55-58
• 4.4.2 刚度要求验证58
• 4.4.3 模态分析验证58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 结论60-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士期间发表论文65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 杨阳,秦大同,杨涛;塔机双吊点水平起重臂结构优化设计研究[J];工程机械;2003年06期

2 程文明,王金诺;起重机的动态分析方法[J];起重运输机械;2002年02期

3 任会礼;李江波;高崇仁;;基于ANSYS的塔式起重机臂架有限元参数化建模与分析[J];起重运输机械;2006年09期

4 严自勉;;起重机风载荷计算问题——计算风压(上)[J];电站施工机械;1981年01期

5 阎春利,张希栋,王先军;利用ANSYS进行参数化有限元网格剖分[J];森林工程;2004年02期

6 郑惠强;;塔式起重机双拉杆变截面臂架计算[J];同济大学学报(自然科学版);1992年03期

  本文关键词：基于ANSYS的塔机起重臂结构分析与优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：322339