塔式起重機廣泛應(yīng)用于高層建筑施工,根據(jù)建筑需要將物品在很大空間內(nèi)升降和搬運,工作時間長且強度大,工況復(fù)雜且多變。塔機工作過程需要頻繁啟(制)動,隨著變幅小車和回轉(zhuǎn)位置變化,塔機金屬結(jié)構(gòu)各桿件內(nèi)力、應(yīng)力變化極其頻繁。由于其工況特殊性,塔機結(jié)構(gòu)所受荷載是一個連續(xù)的隨機過程,這種荷載作用下結(jié)構(gòu)的失效多表現(xiàn)為疲勞破壞。近年來塔機傾倒、斷臂事故頻發(fā),相當(dāng)一部分原因在于塔機金屬結(jié)構(gòu)在繁復(fù)的常規(guī)運行工況下發(fā)生疲勞失效。因此需要對不同運行工況下的塔機結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,確定不同工況下塔機各桿件應(yīng)力值大小以及整機最大應(yīng)力值出現(xiàn)位置,同時獲得各節(jié)點位移、各桿件應(yīng)力值隨工況和時間變化的變化趨勢,并對分析結(jié)果作出精確的安全分析和評估以確保塔機安全運行。有限元分析法是結(jié)構(gòu)分析的重要方法,但目前主流的商業(yè)有限元軟件一次僅能加載少數(shù)工況,多工況加載需要按載荷分批次進(jìn)行,當(dāng)工況數(shù)量很大時(例如工況數(shù)量成百上千)對于大批量工況數(shù)據(jù)求解費時費力,難以實現(xiàn)。本文基于有限元梁、桿單元分析原理,大型稀疏線性方程組數(shù)學(xué)求解原理,結(jié)合塔機工況數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為載荷數(shù)據(jù)計算原理,利用Fortran編程語言結(jié)合APDL(ANSYS參數(shù)化語言)編制了塔機多工況有限元靜力分析快速求解軟件。其中多工況條件參數(shù)由塔機記錄儀采集可得,求解器利用全稀疏存儲技術(shù)和有限元多線程并行計算方法實現(xiàn)了同一塔機模型同時加載求解任意多個工況,可獲得不同工況條件下該塔機任意桿件的位移、內(nèi)力和應(yīng)力大小,并建立相應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)庫。最后通過塔機工程實例分析驗證了多工況求解器計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和快速性。本文開發(fā)的求解器特點如下:1.利用了雙共軛梯度法求解有限元總體剛度方程,在保證迭代收斂性和精度要求的同時,不僅可以降低求解器的存貯量,還能提高求解效率和速度。2.采用了Fortran中OpenMP(共享存儲并行編程)多線程并行計算方法和全稀疏存儲技術(shù),可節(jié)省大量存儲空間,同時加快有限元總體平衡方程求解速度,確保多工況求解的快速、高效性。3.采用直接讀取輸入、輸出數(shù)據(jù)文件的方法,通過格式化讀取APDL格式文本文件,省去了繁瑣的交互式參數(shù)輸入界面。由于采用ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言APDL,可同步利用ANSYS軟件前、后處理平臺,實現(xiàn)求解模型可視化。4.根據(jù)多工況條件下求得的結(jié)果數(shù)據(jù)庫文件,可繪制任意單工況下不同桿件應(yīng)力曲線以及多工況下任意桿件隨工況變化的應(yīng)力時間歷程曲線。桿件應(yīng)力隨工況和時間變化規(guī)律對于塔機動態(tài)安全性能評估和壽命評估十分重要。
【學(xué)位單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH213.3
【部分圖文】：

根據(jù)起重機設(shè)計規(guī)范GB/T 3811-2008相關(guān)規(guī)定[39]，作用于塔機的載荷分類如圖4.1所示：圖 4.1 塔機外載荷分類Figure 4.1 Load classification of tower crane由于塔機所受外載荷復(fù)雜多變，根據(jù) GB/T 13752-1992 規(guī)定[40]，塔機正常工作時結(jié)構(gòu)強度按載荷組合 B 進(jìn)行計算，即在常規(guī)工作的任意工況條件下都必須考慮起升載荷、自重載荷、回轉(zhuǎn)慣性載荷、變幅慣性載荷及工作狀態(tài)風(fēng)載荷等因素。4.2.1 起升載荷、自重載荷計算(一)起升載荷計算[41]： 2( )QP F G D g(4.1)式中：QP 起升載荷大小，N ；F 塔機吊重大小，kg ；G 變幅小車重量， ；D吊鉤組重量， ；g 重力加速度

ANSYS中起升載荷施加效果圖

ANSYS中風(fēng)向為0o的塔機風(fēng)載荷施加Figure4.5Thewindloadoftowercraneunder0degreewindloadinANSYS

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2828496