U型门式起重机参数化设计及有限元分析系统

发布时间：2017-05-18 10:15

  本文关键词：U型门式起重机参数化设计及有限元分析系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代科学技术的发展、生产规模的扩大和自动化技术的持续性提高，使得起重机在现代化工业生产中的地位越来越突出。U型门式起重机金属结构由于其在承载能力和过腿空间等方面的优势，主要用于港口、码头、铁路货场等地，作为一种专用的用于集装箱搬运的起重设备。随着对其使用规模的不断扩大，在实际使用的过程中逐渐暴露出其结构所存在的一些问题。传统设计方法无论在设计水平还是在设计效率方面均难以满足现代化的生产需求[1]。起重机设计急需采用先进的设计方法和手段，以缩短设计周期、提高整机的性能从而推动整个行业的发展。 因此，本文基于ANSYS的有限元分析技术和AutoCAD的二次开发语言ObjectARX进行门式起重机金属结构参数化有限元分析及设计系统的开发，以期达到快速准确的设计门式起重机金属结构的目的，使其在功能性、准确性、可靠性和经济性等方面的功能更加完善。课题主要的研究内容如下： （1）以50t，30m跨度的U型门式起重机金属结构为研究对象，基于C++，采用传统设计方法进行起重机金属结构的设计，，并实现了同类型起重机金属结构设计的参数化，避免了繁琐重复的计算。 （2）基于ObjectARX对AutoCAD进行二次开发，在AutoCAD通用程序框架下开发门式起重机金属结构设计及参数化绘图的专用命令，成功地开发出用于门式起重机金属结构专用参数化设计及绘图的嵌入式软件。 （3）运用ANSYS的参数化设计语言APDL，建立U型门式起重机金属结构参数化有限元分析程序，自动实现建立结构的参数化模型、进行有限元网格划分、施加边界约束条件和后处理等有限元分析功能。有限元软件分析结果与传统理论计算结果的一致性证明了包括建模、分网及施加边界约束条件等有限元分析过程的正确性。通过多工况条件下起重机主梁加劲肋对主梁强度、刚度影响的有限元分析，不但取得了与传统理论相一致的结果，而且定量给出了影响的大小。 （4）在前面理论计算及有限元分析的基础上，运用ANSYS软件强大的模态分析计算能力[2]，完成了门式起重机在两种不同载荷工况条件下的的一阶自振频率和相应的振形，为起重机金属结构的动刚度要求提供判断依据。 （5）以主梁截面尺寸作为设计变量，主梁最大应力和最大变形为状态变量（即约束条件），主梁重量为目标函数，完成了起重机主梁的优化设计，达到了主梁结构轻量化的目的。 本论文以大型有限元分析软件ANSYS为工具，以ANSYS的参数化设计语言APDL为手段，针对目前起重机在传统设计方面的不足，旨在运用现代设计方法对起重机设计做一些尝试性的探索。论文将重点放在了对理论方法的研究上，若要应用于实际生产，还需要做进一步的实验验证。
【关键词】：起重机金属结构 参数化设计 ObjectARX ANSYS 加劲肋 有限元分析 优化设计
【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】：TH213.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 门式起重机金属结构概述12-13
• 1.2 龙门起重机结构的发展趋势13
• 1.3 起重机的研究现状13-14
• 1.4 起重机现代设计方法概述14-18
• 1.4.1 优化设计14-15
• 1.4.2 有限元设计15-17
• 1.4.3 计算机辅助设计（CAD）17
• 1.4.4 可靠性设计17-18
• 1.5 选题背景及研究内容18-19
• 1.5.1 课题研究的背景及意义18
• 1.5.2 课题来源18-19
• 1.5.3 课题的研究内容及采用方法19
• 1.6 本章小结19-20
• 第二章 主梁力学计算20-42
• 2.1 参数定义20-21
• 2.1.1 设计参数20
• 2.1.2 主梁截面参数20
• 2.1.3 计算主梁截面特性20-21
• 2.2 主梁载荷计算21-24
• 2.2.1 主梁自重载荷21
• 2.2.2 主梁移动载荷21
• 2.2.3 小车制动惯性力21-22
• 2.2.4 大车起制动惯性力22
• 2.2.5 大车起制动满载小车产生的惯性力22
• 2.2.6 风载荷计算22-23
• 2.2.7 起重机偏斜运行的水平侧向载荷23
• 2.2.8 主梁扭转载荷23-24
• 2.3 主梁内力计算24-28
• 2.3.1 主梁垂直方向均布自重载荷24-25
• 2.3.2 满载小车引起的内力计算（垂直方向）25-26
• 2.3.3 大车制动主梁惯性力引起的内力计算（水平方向）26-27
• 2.3.4 大车制动小车惯性力引起的内力计算（水平方向）27
• 2.3.5 小车制动引起的垂直内力计算（水平方向）27
• 2.3.6 主梁风载荷引起的水平内力计算（水平方向）27-28
• 2.3.7 小车和物品风载荷引起的水平内力计算（水平方向）28
• 2.4 主梁内力合成28-30
• 2.5 主梁强度计算30-32
• 2.6 主梁疲劳强度计算32-33
• 2.6.1 验算主腹板受拉翼缘焊缝④的疲劳强度32
• 2.6.2 验算横隔板下端焊缝与主腹板连接处⑤的疲劳强度32-33
• 2.7 主梁静刚度计算33-34
• 2.7.1 满载小车位于跨中33-34
• 2.7.2 满载小车位于有效悬臂端34
• 2.8 主梁稳定性计算34-39
• 2.8.1 主梁整体稳定性34
• 2.8.2 主梁加劲肋布置34-35
• 2.8.3 主梁局部稳定性的计算35-39
• 2.9 主梁的翘度和拱度39-40
• 2.10 主梁动刚度计算40
• 2.10.1 满载小车位于跨中时的垂直动刚度40
• 2.10.2 满载小车位于跨端时的垂直动刚度40
• 2.11 本章小结40-42
• 第三章 AutoCAD 的二次开发42-58
• 3.1 概述42
• 3.2 ObjectARX 综述42-43
• 3.3 对程序开发者的要求43-44
• 3.4 ObjectARX 开发环境44
• 3.5 ObjectARX 应用程序框架44-46
• 3.6 AutoCAD 2002 数据库对象的创建与编辑46-49
• 3.7 在 ObjectARX 中使用 MFC49-51
• 3.8 ObjectARX 应用程序的加载和运行51
• 3.9 参数化实现过程51-56
• 3.11 本章小结56-58
• 第四章 主梁金属结构有限元分析58-76
• 4.1 单元选择及材料属性58
• 4.2 建立参数化模型58-62
• 4.2.1 模型处理与简化58-59
• 4.2.2 建立参数化有限元模型59-62
• 4.3 网格划分62-63
• 4.4 边界条件63-64
• 4.5 有限元计算结果64-66
• 4.6 收敛性分析66-68
• 4.7 主梁加劲肋分析68-71
• 4.7.1 大隔板对主梁强度和刚度的影响68-69
• 4.7.2 纵向筋对主梁强度和刚度的影响69-70
• 4.7.3 横向和纵向筋的联合作用对主梁强度和刚度的影响70-71
• 4.8 有限元模态分析71-74
• 4.8.1 结构动力学理论71
• 4.8.2 起重机金属结构模态分析71-74
• 4.9 本章小结74-76
• 第五章 主梁金属结构有限元优化设计76-84
• 5.1 结构优化设计概述76
• 5.2 ANSYS 优化设计76-79
• 5.2.1 ANSYS 优化设计的特点76-77
• 5.2.2 ANSYS 优化设计三要素77-78
• 5.2.3 ANSYS 优化数学模型78
• 5.2.4 ANSYS 优化设计方法78-79
• 5.3 U 型门式起重机主梁结构优化79-84
• 5.3.1 提取优化变量参数79-80
• 5.3.2 执行优化过程80-81
• 5.3.3 数据整合并验证81-84
• 5.4 本章小结84
• 第六章 总结与展望84-86
• 6.1 总结84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-91
• 致谢91-93
• 攻读学位期间发表的学术论文目录93-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘丽贤;马国鹭;赵登峰;;基于APDL的ANSYS网格划分及应用[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2008年05期

2 陈粤栋,商伟军;港口起重机金属结构加劲肋设计若干问题探讨[J];港口装卸;1998年01期

3 李朔东 ,马纲;基于ANSYS的模态分析二次开发及应用[J];航天制造技术;2004年05期

4 廖君;;基于有限元法的电动轿车车身结构强度的分析[J];制造业自动化;2011年06期

5 范小宁;徐格宁;王爱红;;基于人工神经网络获取起重机当量载荷谱的疲劳剩余寿命估算方法[J];机械工程学报;2011年20期

6 韩克平,李平;基于ANSYS环境下结构的模态分析[J];内蒙古农业大学学报(自然科学版);2002年03期

7 韩江;胡春阳;夏链;吴斌;周东;;FM6324立式加工中心工作台组件的ANSYS模态分析及优化[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2012年08期

8 李拔周;徐长生;;基于ANSYS的100t龙门起重机结构有限元分析[J];起重运输机械;2008年03期

9 徐格宁;李宏娟;;基于许用应力和极限状态设计方法的通用桥式起重机结构CAD[J];起重运输机械;2008年10期

10 傅永华，陈定方;起重机结构件加筋对结构强度与刚度的影响[J];起重运输机械;1996年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 陈力;基于ANSYS和实例的结构智能设计模板的研究与应用[D];武汉理工大学;2002年

2 韩凌;基于AutoCAD的新型系列桥式起重机设计系统[D];大连理工大学;2003年

3 江书勇;基于ObjectARX的图形自动编程系统的研究与开发[D];四川大学;2003年

4 温志勇;基于ObjectARX技术的巷道三维建模与开发研究[D];太原理工大学;2005年

5 禹海燕;桥式起重机空腹式箱形主梁的有限元分析[D];太原科技大学;2008年

6 李丽娜;单梁龙门起重机结构分析及优化[D];武汉理工大学;2009年

7 赵超凡;20t龙门起重机箱形主梁力学分析及优化设计[D];兰州理工大学;2009年

8 马建伟;发射器关键零件疲劳可靠性分析[D];大连理工大学;2009年

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