超大型塔式起重机大型结构件的力学分析

发布时间：2017-05-05 23:11

  本文关键词：超大型塔式起重机大型结构件的力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：塔式起重机（简称塔机）是现代工业建设中广泛使用的建筑施工机械之一，是完成各类工程建设项目必不可少的重要施工工具。考虑到塔机工作的特殊性，如塔机的回转、起升和变幅机构常处于频繁且断续状态的启动、制动工作环境，这种工作状态对塔机整体结构而言，必定会对塔机机械结构产生比较强烈的冲击影响和振动影响。如果出现振动强度和冲击强度超过塔机机械结构设计的承受范围，就会直接影响塔机工作的安全性，严重使便会造成塔机倒塌。 塔机结构主要包括空间桁架结构和板类箱型结构结构。比较典型的桁架结构有塔身结构和底盘结构，常用的板类箱型结构主要是指回转支座。其中，回转支座主要起到连接塔机的非回转部分与回转部分的作用，相当于一个实现塔机上部分进行回转运动的连接桥梁，它主要由上回转支座、回转支承外圈板及下回转支座组成。塔机在设计制造过程中，多采用焊接方法将不同型号的钢材焊接在一起，例如，塔身结构和底盘结构主要选用Q345B型号的圆钢、管材和角钢焊接而成，而回转支座由于整体结构较大且机构自身的特殊性，多选用Q354B型号的板材焊接而成。 目前，国内对塔机的研究设计方法多以静态结构设计方法为主，设计工作者凭借多年的生产经验，对塔机的不同结构进行力学分析及设计。而且现在很多学者对塔机的研究多偏向于塔机整机结构、起重臂结构和平衡臂结构方面的研究，对塔机塔身结构、底盘结构和回转支座结构的研究较少，特别对起重力矩力矩很大的超大型塔机而言，这方面的研究更是少之又少。 由于传统的设计方法在设计研究的过程中，不能做到适时地对结构参数进行合理调整，并且采用经验设计法往往容易出现设计保守估计，用材过量浪费的现象，故以塔机实际的工作状态作为研究基础，对塔身结构、底盘结构和回转支座结构进行静力学分析、动态特性分析及优化分析，在校核结构强度的基础上，检查结构的共振特性，最后对结构进行适当的优化，使其在满足设计要求以及安全生产要求的前提下，提高材料利用率，充分发挥材料的使用性能，降低生产成本。 有限元分析法是目前应用最为广泛的分析方法，其功能强大，已延伸到诸多领域工程问题的研究。故利用ANSYS软件的静力学分析模块、基础动力学分析模块和优化分析模块分别以塔机的主要空间桁架结构和板类箱型结构进行不同工况水平的力学分析，在完成结构设计强度校核的基础上，对结构的动态特性进行初步的研究，最终结合静力学及动力学分析结果并对结构的优化问题展开初步的探索。分析结果表明，塔身结构、底盘结构及回转支座结构均满足设计要求，且结构应力均小于许用应力，还存在可优化空间，故对结构进行相应的优化。最后对改进的结构进行分析，验证优化结果的可靠性，使其能应用于工程实际。
【关键词】：塔机 空间桁架结构 板类箱型结构 有限元 力学分析
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH213.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 塔式起重机的国内外发展状况10-12
• 1.1.1 国外塔式起重机的发展10-11
• 1.1.2 国内塔式起重机的发展11-12
• 1.2 研究目的及意义12-13
• 1.3 超大型塔式起重机的国内外研究现状13-14
• 1.4 本论文的研究内容14-17
• 1.5 实现方法17-19
• 2 有限元分析理论19-31
• 2.1 有限元法导论19-20
• 2.1.1 有限元法发展史19
• 2.1.2 有限元法的基本思想19-20
• 2.1.3 有限元法的特点20
• 2.2 有限元法的基本理论20-29
• 2.2.1 结构静力学的有限元法20-22
• 2.2.2 结构动力学的有限元法22-25
• 2.2.3 优化分析25-29
• 2.3 本章小结29-31
• 3 空间桁架结构的力学分析31-53
• 3.1 底盘结构的有限元分析32-41
• 3.1.1 静力学分析32-39
• 3.1.2 模态分析39-41
• 3.2 塔身结构的有限元分析41-52
• 3.2.1 静力学分析41-46
• 3.2.2 模态分析46-48
• 3.2.3 优化分析48-52
• 3.3 本章小结52-53
• 4 板类箱型结构的有限元分析53-70
• 4.1 静力学分析54-59
• 4.1.1 建立有限元模型54-56
• 4.1.2 添加边界条件56
• 4.1.3 划分工况56
• 4.1.4 分析结果56-59
• 4.2 模态分析59-62
• 4.2.1 引起回转支座振动的原因59
• 4.2.2 结果分析59-62
• 4.3 优化分析62-68
• 4.3.1 优化方案一62-65
• 4.3.2 优化方案二65-66
• 4.3.3 优化方案三66-68
• 4.4 本章小结68-70
• 5 总结与展望70-71
• 附录一71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果76-77
• 致谢77-78

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本文编号：347284