带有腰绳装置的桁架臂非线性应力分析与研究

发布时间：2017-08-01 09:29

  本文关键词：带有腰绳装置的桁架臂非线性应力分析与研究

  更多相关文章： 桁架臂 腰绳 二阶效应 应力

【摘要】：随着大吨位履带起重机的发展以及高强管材的使用,长细桁架臂不断被采用。但由于刚性差的问题限制了臂架长度的增加,然而为了达到预定的起升高度及幅度,增加臂长是唯一的方式,于是研究长细桁架臂的非线性问题变得尤为重要。腰绳辅助装置可以显著改善臂架系统受力状态,解决臂架稳定性差的问题,但是关于带腰绳臂架系统的相关计算理论并不成熟。目前常用的有限元试算法会因建模复杂及非线性不收敛的问题而花费大量时间成本。 针对上述问题,本文对带腰绳长细桁架臂的受力特点进行深入分析,并基于二阶效应理论及挠曲线微分方程推导臂架应力计算公式。文中首先求取臂架仅在自重、臂头弯矩、腰绳力影响下的截面弯矩及初挠度。臂架同时受轴向力,与前面的初挠度结合势必会产生附加弯矩,然后计算附加弯矩对臂架应力的影响,在假定轴向力保持不变的情况下将计算结果叠加,根据轴向压弯构件的受力特点计算臂架应力。鉴于上述方法挠度计算的复杂性,为能同时获取相应的臂架应力与挠度,本文对臂架非线性数值算法进行了改进,并以MATLAB平台为基础,编程实现了臂架应力及挠度的计算。同时针对算例,分析了腰绳长度的设计准则。论文的主要工作内容及成果如下： (1)参阅相关文献对履带起重机桁架臂受力特点进行深入分析,借助二阶P-δ效应理论及挠曲线微分方程对臂架应力计算公式进行了推导,得到考虑臂架变形的二阶效应分析方法,通过该方法可以计算得臂架任意截面的应力值。 (2)鉴于腰绳、变幅拉板均为刚度较小的柔性部件,受力时会产生变形。本文在二阶效应分析法基础上,计算了腰绳及前拉板伸长量对计算结果的影响,计算结果表明,两者变形对计算结果影响很小,在满足设计要求的前提下可以忽略不计 (3)上述二阶效应解析计算暂没考虑臂架腹杆的影响。本文在考虑腹杆影响下对臂架惯性矩进行等效,计算了腹杆对臂架应力的影响。算例表明,腹杆剪力对臂架应力影响不大,为简化计算,可以不考虑腹杆剪力的影响。 (4)对臂架非线性数值算法进行了改进,并增加臂架应力计算环节。通过改进后的算法可以快速得到臂架挠度及应力两计算结果。同时文中就实际算例,对腰绳长度的设计准则进行了分析,并确定了不同臂长的最佳腰绳长度。
【关键词】：桁架臂 腰绳 二阶效应 应力
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH213.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 履带起重机概述9-10
• 1.2 履带起重机臂架组合方式简介10-12
• 1.3 履带起重机市场形势分析及未来发展趋势12-14
• 1.3.1 履带起重机市场形势分析12
• 1.3.2 履带起重机未来发展趋势分析12-14
• 1.4 带腰绳桁架臂非线性计算研究现状14-16
• 1.5 本文的主要内容及研究意义16-18
• 1.5.1 课题的研究背景及意义16-17
• 1.5.2 本文主要研究内容17-18
• 2 履带起重机桁架臂概述及非线性分析理论基础18-26
• 2.1 履带起重机桁架臂概述及非线性特性18-20
• 2.1.1 履带起重机臂架结构特点与组成18-19
• 2.1.2 长细桁架臂的非线性特性19-20
• 2.2 臂架系统非线性分析及解析推导理论基础20-25
• 2.2.1 腰绳辅助装置工作原理及基本形式20-21
• 2.2.2 挠曲线微分方程21-23
• 2.2.3 阶效应理论基础及研究现状23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 带腰绳桁架臂非线性应力计算方法研究26-44
• 3.1 臂架强度计算26-27
• 3.2 带腰绳臂架系统受力分析27-30
• 3.2.1 起臂工况受力分析27-28
• 3.2.2 作业工况受力分析28-30
• 3.330-34
• 3.3.2 臂头弯矩M_b作用下臂架弯矩挠度计算30-31
• 3.3.3 腰绳力作用下臂架弯矩挠度计算31-33
• 3.3.4 二阶效应分析法的计算流程33-34
• 3.4 算例分析34-42
• 3.4.1 臂架结构参数及有限元建模计算34-36
• 3.4.2 有限元应力值的选取36
• 3.4.3 计算结果对比分析36-42
• 3.5 本章小结42-44
• 4 影响臂架应力的各因素分析44-55
• 4.1 拉板及腰绳伸长量对臂架应力影响44-47
• 4.1.1 起臀工况计算结果对比分析44-45
• 4.1.2 小幅度计算结果对比分析45-46
• 4.1.3 大幅度计算结果对比分析46-47
• 4.2 腰绳长度对臂架应力影响47-50
• 4.2.1 起臂工况腰绳长度对臂架应力影响48-49
• 4.2.2 作业工况腰绳长度对臂架应力影响49-50
• 4.3 腹杆体系对臂架应力影响50-53
• 4.3.1 考虑腹杆影响的惯性矩等效方法50-51
• 4.3.2 计算结果对比分析51-53
• 4.4 本章小结53-55
• 5 基于MATLAB的带腰绳臂架非线性计算55-66
• 5.1 带腰绳臂架系统整体受力分析55-60
• 5.1.1 MATLAB数值分析55-56
• 5.1.2 计算工况非线性分析56-60
• 5.2 臂架系统非线性算例分析60-63
• 5.3 腰绳长度设计准则63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 附录A 基于MATLAB的臂架系统计算程序70-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76

【参考文献】

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本文编号：603610