门式起重机主梁力学分析及新型结构研究

发布时间：2022-02-18 15:33

　　摘要：门式起重机主梁作为其主要承载机构,结构复杂,工作环境恶劣,对整机的工作性能有至关重要的影响。另外,主梁重量占整机重量30%以上,其轻量化研究也有较大的经济效益。本文以有限元分析为基础,结合箱型结构和桁架结构各自优点对门机结构进行了改进,并分别对改进前后主梁截面尺寸进行了优化,对原有门机进行了应力测试实验,对比了实验结果与仿真结果。本文研究结论如下：1.运用ANSYS软件建立了门式起重机的有限元模型,选取起重机工作的六种典型工况进行静力学分析。在此基础上对主梁的截面尺寸进行了优化,主梁重量减轻了5.9%,优化效果较为明显。2.对优化之后的力学模型进行动态特性分析,提取前十阶的模态,垂直方向最大固有频率满足门式起重机动态刚度要求。借助瞬态动力学分析对起吊瞬间进行了分析,主梁的刚度和强度均满足要求。3.对门式起重机的新结构进行了试探性设计,在主梁上方增加桁架结构,优化主梁的受力。在此基础上对主梁截面进一步进行了优化。通过优化,起重机主梁重量减轻了32.08%,刚度与强度符合要求,这说明新的起重机结构形式更加合理,达到了设计的要求,相比单纯的尺寸优化,经济效益更加明显。4.进行了静态应力... 

【文章来源】：中南大学湖南省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 门式起重机发展现状及趋势分析
    1.3 门式起重机的有关概念
        1.3.1 结构型式
        1.3.2 主要参数
        1.3.3 计算载荷与类别
    1.4 起重机现代设计方法
    1.5 机械优化设计概述
    1.6 研究内容和方法
2 门式起重机主梁静态分析及截面尺寸优化
    2.1 有限元法的基本理论
        2.1.1 有限元单元法的提出和应用
        2.1.2 有限元法的计算思路
        2.1.3 有限元法的解题步骤
    2.2 JMQ4540门式起重机技术参数
    2.3 起重机有限元模型的建立
        2.3.1 三维模型的建立
        2.3.2 单元类型的选择
        2.3.3 分析工况及受力分析
    2.4 主梁静态分析结果
    2.5 主梁截面尺寸优化
        2.5.1 优化方法选择
        2.5.2 目标函数
        2.5.3 约束条件
        2.5.4 优化结果及分析
    2.6 小结
3 主梁模态分析
    3.1 模态分析理论基础
        3.1.1 系统动力学模型
        3.1.2 实模态分析
    3.2 吊重起升过程分析
    3.3 激励分析
    3.4 响应求解
        3.4.1 受迫振动响应求解
        3.4.2 吊重加速上升阶段响应求解
        3.4.3 稳定起升过程的响应求解
    3.5 模态分析与机构刚度间的关系
    3.6 模态求解
    3.7 结果分析
    3.8 小结
4 起吊过程动力学分析
    4.1 瞬态动力学分析理论
    4.2 吊重起吊瞬间动载系数分析
    4.3 弹性动力学系统模型以及预张紧时间的确定
        4.3.1 弹性动力学系统模型的建立
        4.3.2 预张紧时间的确定
    4.4 基于ANSYS的瞬态分析方法
        4.4.1 瞬态分析方法介绍
        4.4.2 阻尼的选取
        4.4.3 时间步长的选取
    4.5 瞬态动力学分析结果
        4.5.1 主梁等效应力分布
        4.5.2 主梁位移的时间历程
    4.6 小结
5 起重机新型结构及轻量化研究
    5.1 门式起重机改造方案
    5.2 门式起重机改造方式
    5.3 基于Hyerworks的主梁优化
        5.3.1 Altair Optistruct结构迭代优化过程理论基础
        5.3.2 设计变量的选取与定义
        5.3.3 状态变量的选取与定义
        5.3.4 目标函数与门式起重机尺寸优化数学模型的建立
        5.3.5 优化模型的建立
        5.3.6 主梁优化后的结果分析
    5.4 主梁优化后的静力学分析及模态分析
    5.5 小结
6 实验与结果分析
    6.1 实验目的与实验原理
        6.1.1 实验目的
        6.1.2 实验原理
    6.2 实验设备及实验条件
        6.2.1 仪器设备
        6.2.2 实验条件
    6.3 实验方案
        6.3.1 起重机的工作状况
        6.3.2 测试截面的确定以及应变片的布置
        6.3.3 加载方法
        6.3.4 测试前的准备工作
        6.3.5 实验步骤
    6.4 数据处理与结果分析
    6.5 小结
7 全文总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 展望
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]机械优化设计方法综述[J]. 宋志强.  呼伦贝尔学院学报. 2012(05)
[2]现代设计理论方法在机械系统设计中的应用[J]. 许艺萍,张新民.  机械研究与应用. 2010(05)
[3]机构的工作级别与电机接电持续率的关系[J]. 侯屹,解劲东.  起重运输机械. 2010(09)
[4]桥式起重机起吊过程的动力学分析[J]. 孙民,王志远,付为刚.  机械. 2010(05)
[5]汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究[J]. 范文杰,范子杰,苏瑞意.  中国机械工程. 2008(12)
[6]基于有限元法的轿车发动机罩板轻量化设计[J]. 张宇,朱平,陈关龙,林忠钦.  上海交通大学学报. 2006(01)
[7]有限元法在工程设计中的应用[J]. 吕召会.  电子机械工程. 2005(04)
[8]桥式起重机动态刚性的有限元分析[J]. 陈道礼.  起重运输机械. 2005(05)
[9]机械结构优化设计的综述与展望[J]. 秦东晨,陈江义,胡滨生,王丽霞.  中国科技信息. 2005(09)
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硕士论文
[1]正面吊吊具静动态特性分析与偏载检测技术研究[D]. 郑永锋.中南大学 2013
[2]基于ANSYS的门式起重机结构动态特性分析[D]. 王随心.长安大学 2012
[3]基于APDL的门式起重机有限元分析及优化系统研究[D]. 丁保安.武汉理工大学 2012
[4]120吨龙门起重机结构分析及基于遗传算法的主梁结构优化[D]. 夏铝.重庆大学 2011
[5]门式起重机结构参数化有限元分析系统研究[D]. 刘标.西南交通大学 2011
[6]龙门起重机金属结构动力学研究[D]. 孙守胜.武汉理工大学 2008
[7]重型汽车车架的结构有限元分析与轻量化设计研究[D]. 赵慧慧.南京航空航天大学 2007
[8]基于ANSYS的桥式起重机桥架结构有限元动态分析研究[D]. 曾春.武汉理工大学 2006



本文编号：3631088