起重机销轴与拉板连接的非线性力学行为研究

发布时间：2017-08-21 13:37

  本文关键词：起重机销轴与拉板连接的非线性力学行为研究

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【摘要】：销轴连接作为起重机的传力结构件，其安全性和可靠性直接关系到整个机器的使用寿命和人身安全，重要性不言而喻。销轴与拉板接触过程中的相互作用是复杂的力学现象，同时也是它们损伤甚至失效和破坏的重要原因，对拉板而言，到目前为止国内尚无标准的设计计算方法和强度校核准则，仍有许多关键性技术问题需要解决，如销轴拉板之间的压力分布规律等。本文通过数值分析方法对销轴连接尤其是拉板的应力状态进行分析研究。 利用接触法对销轴和拉板之间建立接触单元进行数值分析计算，通过接触界面的定解条件和校核条件，建立接触点增量形式的相容方程；同时探讨许多在进行接触分析时需要处理的技术，如网格的划分，初始条件下接触对的建立等问题，并重点考虑了接触刚度因子等参数设置问题对销轴连接应力结果的影响，认为选择合适的参数有助于接触问题的求解收敛性和精确性，为本文进行接触分析提供了必要的基础。 建立平面模型，分析了基于余弦载荷分布规律的弹性曲梁公式与同种加载情况下ANSYS计算结果的差异，质疑了该规律的正确性或适用范围，认为其不能完全反映销轴与拉板接触面上的压力分布情况；探讨了结构形式和摩擦系数对压力分布的影响，并归纳分析不同尺寸圆形头拉板下的销轴连接的压力分布形式，得到新的接触压力分布方程以及随销径和拉板外径比值变化下的载荷分布范围变化曲线，对余弦规律进行了修正；假设新的分析模型，计及水平截面剪力和载荷分布范围的影响，利用力法基本方程推导截面应力分布。 以Liebherr公司LR1750履带起重机超起拉板为原型，通过ANSYS建立销轴连接完整结构的有限元模型，模拟真实几何形状和边界条件，研究了拉板的应力状态，继而通过计算分析获得了其随销轴半径变化而变化的规律，从力学角度对数值分析结果展开分析，，认为其最大设计受力值偏大；并将ANSYS软件分析获得的数值解与目前最先进的欧洲规范关于拉板校核公式进行对比分析论证，对规范的使用提供一定的工程参考价值。
【关键词】：起重机 销轴连接 孔板受力 余弦载荷分布规律 接触法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外该方向的研究现状10-17
• 1.2.1 接触问题的研究发展概况11-12
• 1.2.2 销轴连接问题的研究现状12-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 第2章 销轴连接有限元分析理论基础及参数研究18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 弹性接触问题的理论基础18-22
• 2.2.1 接触界面的定解条件和校核条件18-19
• 2.2.2 弹性接触问题基本方程19-22
• 2.3 销轴连接模型接触非线性分析22-26
• 2.3.1 模型表面处理的三种方式22-23
• 2.3.2 接触非线性分析基本参数设置23-26
• 2.4 有限元模型参数设定的验证26-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 起重机销板接触面压力分布与拉板应力研究30-50
• 3.1 引言30
• 3.2 平面模型不同曲率下截面应力分布30-35
• 3.3 销轴连接接触压力分布验证与影响因素35-41
• 3.3.1 余弦分布规律的验证35-37
• 3.3.2 不同参数对接触压力分布的影响37-40
• 3.3.3 接触压力分布规律方程40-41
• 3.4 销轴连接拉板应力分析41-49
• 3.4.1 载荷强度最大值42
• 3.4.2 计算模型假设与内力计算42-47
• 3.4.3 拉板危险截面应力计算47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 起重机销轴连接三维实体接触有限元分析50-61
• 4.1 引言50
• 4.2 平面与三维实体建模接触分析结果对比50-54
• 4.3 实体单元建模应力分析54-57
• 4.4 销轴连接设计规范强度校核57-60
• 4.4.1 国内销轴连接设计规范强度校核57-58
• 4.4.2 实体建模计算结果与欧洲规范的比较58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

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本文编号：713229