履带起重机臂架结构优化设计及有限元分析

发布时间：2017-05-10 02:06

  本文关键词：履带起重机臂架结构优化设计及有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前，随着国内大型工程项目的投建，履带起重机得到了快速、高效的发展，但同时也面临着激烈的国内、国际竞争。臂架作为履带起重机的主要承载构件，对整机结构起着举足轻重的作用，其经济性、安全性以及开发周期也都是不容忽视的问题，本课题从这几方面出发对臂架结构进行研究。 本文以履带起重机的桁架式臂架为研究对象，，针对其经济性要求，采用优化设计的研究方法；针对力学性能问题采用有限元软件(ANSYS)分析技术；而针对开发周期问题，利用参数化思想，采用APDL语言的宏程序来进行参数化建模、分析。 首先，对臂架结构进行合理简化，确定其力学分析模型，进行受力分析，确定出臂架结构的各主要参数的计算方法。在常规计算的基础上，考虑臂架的经济性问题，以臂架结构重量最轻为目标函数，进行优化设计。由于智能算法的优越性，在此采用粒子群算法来进行优化，并针对优化问题，对其进行了适当的改进。以上所进行的常规计算和优化设计均以VC++6.0作为开发工具，编写计算程序，实现臂架结构设计计算的参数化。 然后，利用参数化的设计语言APDL，对臂架结构进行有限元分析，这也是本文的重点。由于臂架结构工况多种多样，臂架的组成方式也较多，若采用在GUI界面环境下进行建模和分析，效率会非常低，所以本文利用APDL语言对ANSYS进行二次开发，采用定制工具条按钮方式，实现交互式输入对话框，完成臂架结构的有限元参数化分析功能。其中的分析内容包括：静力分析、模态分析和瞬态动力学分析。获得了臂架的应力、应变图形，臂架的固有频率及振型，以及在起、制动工况下的位移、速度曲线。对臂架结构进行了较为全面的分析。 本文所做的优化设计和有限元分析，是现代设计方法在起重机上的具体应用，对臂架结构的安全性和经济性也有非常重要的意义，具有一定的工程实际应用价值。
【关键词】：履带起重机 臂架 优化设计 有限元 APDL
【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】：TH213.7
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 选题的目的和意义10-11
• 1.2 国内外发展状况及趋势11-14
• 1.2.1 履带起重机的发展状况及趋势11-12
• 1.2.2 课题的研究现状12-13
• 1.2.3 起重机设计方法概述13-14
• 1.3 论文的结构、内容与方法14-16
• 1.3.1 论文研究的主要结构14-15
• 1.3.2 论文研究内容15
• 1.3.3 课题研究的技术路线15-16
• 第二章 履带起重机臂架结构设计计算16-34
• 2.1 履带起重机臂架概述16-17
• 2.2 臂架模型简化及计算17-20
• 2.2.1 臂架模型简化17
• 2.2.2 臂架的计算载荷17-18
• 2.2.3 臂架在变幅平面的受力分析18-19
• 2.2.4 臂架在回转平面的受力分析19-20
• 2.3 臂架结构参数设计20-24
• 2.3.1 臂架长度20
• 2.3.2 臂架截面积20
• 2.3.3 臂架宽与高20-22
• 2.3.4 臂架腹杆体系的确定22-24
• 2.4 臂架的强度、刚度及稳定性验算24-26
• 2.5 软件实现26-32
• 2.5.1 编制软件界面26-31
• 2.5.2 实例验证31-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第三章 履带起重机臂架结构优化研究34-46
• 3.1 优化设计概述34-35
• 3.1.1 机械优化设计34
• 3.1.2 优化设计数学模型的要求34-35
• 3.2 优化算法的选择35-40
• 3.2.1 粒子群算法简介36
• 3.2.2 粒子群算法的原理36-37
• 3.2.3 算法流程37-38
• 3.2.4 参数选择分析38-40
• 3.3 臂架的优化数学模型40-44
• 3.3.1 设计变量的选取40-41
• 3.3.2 目标函数的建立41-42
• 3.3.3 约束条件的确定42-44
• 3.4 臂架优化模型的求解44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 履带起重机臂架结构有限元参数化建模46-62
• 4.1 有限元理论基础46
• 4.2 ANSYS 软件46-49
• 4.2.1 ANSYS 软件简介46-47
• 4.2.2 ANSYS 分析的步骤47
• 4.2.3 ANSYS 参数化设计语言 APDL47-49
• 4.3 履带起重机臂架有限元模型的建立49-60
• 4.3.1 定制工具条49-52
• 4.3.2 前处理模块52-58
• 4.3.3 载荷与约束处理模块58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 履带起重机臂架有限元结构分析62-78
• 5.1 静力分析62-66
• 5.1.1 静力结果查看62-65
• 5.1.2 静力结果分析65-66
• 5.2 模态分析66-71
• 5.2.1 模态分析简介66-67
• 5.2.2 基于 APDL 的臂架模态分析67-70
• 5.2.3 模态结果分析70-71
• 5.3 瞬态动力学分析71-76
• 5.3.1 瞬态动力学分析简介71
• 5.3.2 起升过程动力学分析71-74
• 5.3.3 基于 APDL 的动力学计算74-76
• 5.3.4 瞬态结果分析76
• 5.4 本章小结76-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 课题总结78
• 6.2 课题的不足与展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 攻读学位期间发表的学术论文目录86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 王凤萍;程磊;孙影;;国内外履带式起重机的现状及发展趋势[J];工程机械;2006年04期

2 刘金江;;履带起重机产品现状及发展趋势[J];建筑机械;2009年05期

3 师素娟;刘煈;;基于ANSYS的履带起重机桁架式吊臂模态分析[J];矿山机械;2012年04期

4 刘中星;张卫东;;我国履带起重机行业现状和发展[J];建设机械技术与管理;2010年09期

5 曹旭阳;王乾;王剑松;高顺德;高媛;;履带起重机模块化参数化设计技术[J];起重运输机械;2009年10期

6 张洪;陈守礼;胡海平;李树青;;大型履带起重机臂架的静强度分析[J];太原重型机械学院学报;1992年01期

7 陈昆;李清华;陈定方;卢全国;陈沛;;基于改进遗传算法的起重机臂架结构优化设计[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2009年05期

8 李葳;周慎杰;崔蕴芳;林麒;;基于ANSYS的履带起重机臂架参数化建模[J];中国科技信息;2007年19期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 时明军;250t履带起重机臂架设计[D];山东大学;2010年

2 曾春;基于ANSYS的桥式起重机桥架结构有限元动态分析研究[D];武汉理工大学;2006年

3 刘家辉;履带起重机臂架系统动力学仿真[D];大连理工大学;2007年

4 樊艳;大型双梁桁架门式起重机结构设计及优化研究[D];重庆大学;2009年

5 余振伟;履带起重机总体参数确定及臂架设计原理研究[D];东北大学;2008年

  本文关键词：履带起重机臂架结构优化设计及有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：353766